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Verfahren zur Gewinnung von wertvollen Stoffen aus gasförmigen Mitteln
durch Adsorptionsmittel
Es ist bekannt, die Gewinnung bzw. Wieder gewinnung von wertvollen
Stoffen, z. B. abiphatischen oder cyklischen Kohlenwasserstoffen, Lösemitteln od.
dgl., wie Benzin, Benzol, Propan, Äthan, Äthylen, chlorierten Kohlenwasserstoffen,
Äther, Alkoholen, Aceton, Acetaten, organischen Estern usw., aus Luft oder anderen
Gasen mit Hilfe von Adsorptionsmitteln kontinuiertich durchzuführen. Die bekannten.
kontinnierlichen Verfahren haben verschiedene Vorteile vor der diskontinuierlochen
Arbeitsweise, z: B. eine bessere Wärmewirt; schaft, gleichmäßigeren Damp fverbrauch
und konstantere Druckverhältnisse in der Gasführung, doch war es bei den ersten
bisher nicht oder doch nur in beschränktem Maße möglich, eine selektive Beladung
des Adsorptionsmittels zu erzielen, bei der Desorption den Extraktionseffekt nutzbar
zu machen und die Desorption ebenso weit zu führen wie bei diskontilnuierlichem
Betrieb. Es sind schon Verfahren vorgeschlagen worden, die zum Ziel haben, diese
Vorteile der diskontinuierlichen Arbei.tsweise auf die kontinuierliche zu übertragen.
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So werden nach Patent 825 393 die Adsorptionsmittel während der Adsorption
kontinuierlich durch den Adsorptionsraum- bewegt, und es erfolgt das Austreiben
der adsorbierten Stoffe aus der ruhen den Adsorptionsmittelschicht. Dadurch wird
die Desorption wesentlich verbessert, denn gegen Schluß der Desorption werden, nachdem
dlie darüber befindlichen regeneriert sind, auch die untersten Schichten mit frischem
Austreibedampf be handelt, der bekanntlich von oben nach unten durch das im Desorber
befindliche Adsorptionsmittel ge;-führt wird Die Extraktionswirkung läßt indessen
zu
wünschen übrig, weil das Adsorptionsmittel in ständigem Strom durch den Adsorber
geht und; deshalb nicht selektiv beladen werden kann, son. dern alle Teile des Adsorptionsmittels
auf ihrem Wege durch den. Adsorber auch einmal mit dem frischen zu behandelnden
Gas in Berührung kommen und daraus dann schwersiedende Bestandteile adsorbieren.
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Nach einem anderen Vorschlag (Patent 83I og3) wird eine selektive
Beladung des Adsorptionsmittels dadurch erreicht, daß mehrere getrennt ge haltene
Adsorptionsmittelströme durch dieBehandlungsräume bewegt werden. In jedem Behandlungsraum
werden die angewendeten, Gase oder Dämpfe nacheinander durch die verschiedenen Adsorptionsmittelströme
hindurchgeführt. Da bei diesem Verfahren ständig beladene Adsorptionsmittel in den
Desorber eintreten, nimmt der zum Austreiben der adsorbierten Stoffe verwendete
Wasserdampf, der von oben. nach unten durch die Adsorptionsmiftelströme geführt
wird, in jedem Stadium der Desorption schon im obersten Adsorptionsmittelstrom adsorbierte
Stoffe auf. Es wirkt also stets ein Gemisch von Wasserdampf und aus dem Adsorptionsmittel
ausgetriebenen Stoffen auf das Adsorptionsmittel ein, und es ist in keinem Stadium
des Verfahrens eine Behandlung der insbesondere in den tieferen Adsorptionsmittelströmen
befindlichen - Adsorptionsmittel mit frischem Wasserdampf möglich. Deshalb ist die
Desorptionswirkung bei diesem Verfahren noch nicht so gut wie bei den diskontinuierlichen
Verfahren.
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Infolgedessen läßt sich die Restbeladung nicht so weit herabdrücken
wie bei der Desorption in ruhender Adsorptionsmittelschicht. Man hat deshalb dieses
Verfahren in der Weise ausgestaltet, daß die Desorption in ruhender Schicht ausgeführt
werden kann. Zu diesem Zweck wird der ständige Strom des aus dem Adsorber austretenden
beladenen Adsorptionsmittels in einer der Anzahl der Ströme entsprechenden Zahl
von Bunkern gespeichert und periodisch aus den Bunkern in den Desorber entleert.
In diesem verbleiben die Adsorptionsmittel in getrennten ruhenden Schichten bis
zum Ende der Ausdämpfung. Oder es werden für jeden Strom des Adsorbtionsmittels
2 Desorber vorgesehen, die abwechselnd beschickt und ausgedämpft werden.
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Durch diese Arbeitsweise wird zwar ebenfalls eine gute Desorption
erzielt, doch ist die Apparatur verhältnismäßig umfangreich und es erfordert ihr
Betrieb eine komplizierte und kostspielige Regelung.
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Durch die Erfindung werden die Nachteile der diskontinuierlichen
Verfahren beseitigt. Sie besteht darin, daß bei der Gewinnung von wertvollen Stoffen
aus gasförmigen Mitteln mit Hilfe von Adsorptionsmitteln die Adsorptionsmittel in
Intervallen durch die Behandlungsräume bewegt werden, und es wird die Zeit, während
der die Adsorptionsmittel zwischen zwei Fördervorgängen sich in Ruhe befinden, so
bemessen, daß während dieser Zeit einerseits die gewünschte Beladung und andererseits
die gewünschte vollständige Desorption und gegebenenfalls Kühlung und Trocknung
erreicht werden. Das Verfahren gemäß der Erfindung hat den weiteren Vorteil, daß
es sich den jeweiligen Betriebsverhältnissen sehr weitgehend anpassen läßt. Es ist
sowohl für die Gewinnung von leichtersiedenden als auch von schwerersiedenden Stoffen
anwendbar, und es kann in Kombination mit den verschiedensten Verfahren und Vorrichtungen
Anwendung finden. Beispielsweise können wie bei dem bereits erwähnten Verfahren
nach Patent 825 393 die einzelnen Behandlungsräume, wie Adsorption, Desorption,
gegebenenfalls Kühlung und Trocknung in einem Turm untereinander angeordnet sein,
derart, daß das Adsorptionsmittel auch in verhältnismäßig hoher Schicht nacheinander
in diesen Räumen behandelt wird. Die Gas- und Adsorptionsmittelführung und die Abgrenzung
der Räume gegeneinander kann mit bekannten Mitteln oder z. B. nach unserem Patent
883 598 durchgeführt werden. Andererseits ist es z. B. auch möglich, auch mit mehreren
getrennt gehaltenen Adsorptionsmittelströmen z. B. nach unserem Patent 83zog3 oder
Zusatzpatent 9I4 I25 zu arbeiten.
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Zwei Ausführungsformen der Erfindung sind schematisch und beispielsweise
aus den Abb. I und 2 der Zeichnung ersichtlich.
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Die Adsorptionskolonne nach Abb. I umfaßt die Trockenzone I, die
Kühlzone 2, die Adsorptionszone 3 und die Desorptionszone 4. Aus der letzten wird
das Adsorptionsmittel mittels der Fördereinrichtung 5, z. B. Becherwerk oder pneumatischer
Förderung od. dgl., in die Trockenzone I oder einen darüber angeordneten Ausgleichbunker
zurückgeführt. Das zu behandelnde gasförmige Mittel gelangt durch die Leitung 6
in den Adsorber 3. Das aus dem Adsorber 3 austretende, von den zu gevinnenden Stoffen
befreite Gas kann zum Kühlen und Trocknen des Adsorptionsmittels verwendet werden,
doch ist es auch möglich, diese beiden Vorgänge mit gesonderten Gaskreisläufen oder
mit überlagerten Gaskreisläufen durchzuführen. Beispielsweise wird das Gas, das
von den abzuscheidenden Stoffen befreit aus dem Adsorber austritt, durch die in
der Kühlzone 2 befindlichen Adsorptionsmittel hindurchgeführt, worauf es in dem
z. B. mit Dampf oder den bei der Desorption anfallenden heißen Lösemitteldämpfen
beheizten Wärmeaustauscher 7 erwärmt wird. Das erwärmte Gas geht durch die Adsorptionsmittel,
die sich in der Troclrenzone I befinden, und wird durch die Leitung 8 abgeleitet.
Falls erforderlich. kann es von dem in der Trockenzone I aufgenommenen Wasserdampf
in bekannter Weise. z. B. in einem Kühler 9. befreit werden.
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Reicht des aus dem Adsorber abströmende Gas für die Trocknung bzw.
Trocknung und Kühlung nicht aus, so kann ein Teil desselben aus der Leitung 8 z.
B. nach dem Kühler 9, mittels des Gebläses I8 durch die Leitungen 19 unter die Ablaufvorrichtung
10 zurückgeführt und erneut durch die Kühlung und Trncl'::ung geschickt werden.
Man kann auch das behandelte Gas aus dem Adsorber unmittelbar seinem weiteren Ver-
wendungszweck
zuführen und die Kühlung und Trocknung mit anderen gasförmigen Mitteln durchführen.
In manchen Fällen kann auf die Kühlung und in besonderen Fällen auch auf die Trocknung
verzichtet werden.
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Das Adsorptionsmittel, das während eines Fördervorganges in die Trockenzone
gelangt, bleibt in dieser, bis seine Trocknung genügend fortgeschritten ist. Mit
dem nächsten Fördervorgang fließt es aus der Trockenzone 1 durch die Ablaufvorrichtung
Io, die zweckmäßig nach unserem Patent 883 598 oder Zusatzpatent gog 567 ausgebildet
ist, in die Kühlzone 2 in dem Maße, wie dabei das Adsorptionsmittel aus der Kühlzone
2 durch ähnliche Einrichtungen 10 in die Adsorptionszone entleert wird. Gleichzeitig
gelangt das Adsorptionsmittel, das im Adsorber 3 zwischen diesen beiden Fördervorgängen
beladen wurde; durch geeignete Einrichtungen II in den Desorber, der Adsorptionsmittel
enthält, die zwischen den beiden Fördervorgängen ausgedämpft worden sind und die
nunmehr den Desorber verlassen. Die Einrichtungen 11 sind so ausgebildet, daß sie
den Durchtritt von Gasen aus dem Desorber, der gewöhnlich unter höherem Druck arbeitet
als der Adsorber, in den Adsorber möglichst unterbinden.
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In dem Desorber schichtet sich das beladene Adsorptionsmittel in der
gleichen W;eise, wie es in dem Adsorber 3 lagerte, d. h., die mit schwersiedenden
Stoffen beladenen untersten Schichten aus dem Adsorber liegen auch im Desorber zuunterst
und die mit den leichtestsiedenden Stoffen beladenen Adsorptionsmittelschichten
zu oberst. Dadurch wird beim Austreiben der adsorbierten Stoffe zunächst eine gute
Extraktionswirkung erreicht, d. h., die aus den obersten Schichten zuerst ausgetriebenen
Dämpfe der leichtersiedenden Stoffe kondensieren wieder, wenn sie mit dem Abtreibedampf
in die tiefer liegenden, noch kalten Adsorptionsmittelschichten kommen, und extrahieren
hierbei die dort adsorbierten schwereren Bestandteile zum großen Teil aus dem Adsorptionsmittel.
Diese-schwereren Bestandteile gelangen in Mischung mit den leichtersiedenden weiter
nach unten, wobei sich die Vorgänge der Verdampfung, Kondensation und Extraktion
immer wiederholen, bis zum Schluß auch die am schwersten siedenden adsorbierten
Bestandteile aus den untersten Schichten flüssig herausgeholt werden (deutsche Patentschrift
577318).
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Auf diese Weise wird jede Adsorptionsmittelschicht im Desorber fortlaufend
von oben nach unten praktisch vollständig desorbiert, so daß zum Schluß der Desorption
auch die untersten Schichten mit reinem Wasserdampf behandelt werden. Die Zeiten
zwischen den die einzelnen Abwärtsbewegungen des Adsorptionsmittels durch die Zonen
der Adsorptionskolonne bewirkenden Fördervorgängen werden -so bemessen, daß der
beschriebene Desorptionseffekt voll erreicht werden kann. Die Vorrichtungen für
den Ubertritt des Adsorptionsmit'l von der einen Zone in die andere werden zweckmäßig
so groß gewählt, daß die Durchschleusung einer Zonenfüllung in der gewünschten kurzen
Zeit, z. B. einem Bruchteil der Behandlungszeit, erfolgen kann. Während der kurzen
Förderzeit ist es zweckmäßig, den durch die Leitung 64 in den Desorber eintretenden
Desorptionsdampf beispielsweise durch ein automatisches Ventil 65 vorübergehend
abzusperren.
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Will man die Fördervorrichtung 5 nicht so groß dimensionieren, so
kann man z. B. unter dem Desorber auch einen Bunker 12 einrichten, der den Inhalt
des Desorbers aufnehmen kann. Die Förderung aus diesem Bunker in die Trockenzone
oder einen darüberliegenden Bunker braucht dann nicht dem intermittierenden Förderbetrieb
der Adsorptionskolonne angepaßt zu werden. Zweckmäßig wird jedoch das Ablaufrohr
vom Desorber 4 nach dem Bunker 12 mit Adsorptionsmittel gefüllt gehalten, damit
ein Gasabschluß zwischen diesen beiden Räumen gewährleistet ist. Dies kann man beispielsweise
durch Zwischenschaltung eines Bunkerverschlusses 66 nach unserer Anmeldung (Verfahren
und Vorrichtung zur Gewinnung von wertvollen oder zur Ausscheidung von unerwünschten
Stoffen aus gasförmigen Mitteln mit Hilfe von Adsorptionsmitteln unter Patent 945
o25 erreichen. Im Bunker 12 unter dem Desorber kann gegebenenfalls bereits eine
Trocknung des ausgedämpften Adsorptionsmittels erfolgen. Zu diesem Zweck können
beispielsweise Heizschlangen 13 im Bunker angeordnet werden, die mit geeigneten
Heizmitteln, z. B. Dampf oder aus dem Desorber durch die Leitung 20 abziehenden
Destillatdämpfen betrieben werden.
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Die Niederschlagung der Destillatdämpfe erfolgt in dem Kondensator
14. In dem Abscheider 15 werden die verflüssigten Stoffe, soweit sie wasserunlöslich
sind, von dem durch die Leitung 63 abfließenden Kondenswasser getrennt und in dem
Sammelbehälter I6 abgezogen. Die nichtkondensierbaren Gase od. dgl., die sich im
Abscheider 15 sammeln, können durch die Atmungsleitung 17 in den Gaseintritt 6 zurückgeführt
werden.
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In der Vorrichtung nach Abb. 2 wird das Adsorptionsmittel in drei
getrennt gehaltenen Strömen durch die Trockenkolonne -21, die Adsorptionskolonne
22 und die Desorptionskolonne 23 geführt. Für die Rüchführung der einzelnen Ströme
aus der Desorption in die Trocknung sind drei Fördereinrichtungen 24, 25 und 26
vorgesehen. Der oberste Strom des Adsorptionsmittels geht im Kreislauf durch die
oberste Abteilung 27 der Trockenkolonne, die Leitung 42, die oberste Abteilung 28
der Adsorptionskolonne, die Leitung 45, die oberste Abteilung 29 der Desorptionskolonne
und die Fördereinrichtung 24 zurück in die Abteilung 27 der Trockenkolonne. Die
Führung der weiteren Adsorptionsmittelströme ist analog durch die Einrichtungen
30, 43, 31, 46, 32, 37 und 25 bzw. 33, 44, 34, 47, 35, 38 und 26. Hinter die einzelnen
Abteilungen des Desorbers und vor die einzelnen Abteilungen der Trocknung können,
falles erforderlich, auch bei dieser Einrichtung (nicht
gezeichnete)
Bunker geschaltet werden, um die Förderung unabhängig von dem schubweisen Zufluß
bzw. Abfluß des Adsorptionsmittels bei treiben zu können. Die Fördereinrichtungen
24, 25, 26 sind mit den einzelnen Abteilungen des Trockners 21 durch die Leitungen
39, 40 und 41 und mit den einzelnen Abteilungen des Desorbers 23 mittels der Leitungen
36, 37 und 38 verbunden.
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Die zwischen den einzelnen Behandlungsvorgängen erforderliche Bewegung
des Adsorptionsmittels von einem Behandlungsraum in den nächsten wird z. B. bewirkt
durch Ingangsetzung der Fördereinrichtungen 24, 25 und 26. In dem Maße, wie diese
unten das Adsorptionsmittel !aus dem Desorber 23 abziehen, rutscht das Adsorptionsmittel
aus dem Adsorber 22 und Trockner nach.
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Die Förderung wird zweckmäßigerweise so lange fortgesetzt, bis die
Adsorptionsmittelmenge, die sich im Adsorber befand, in den Desorber gelangt ist.
Erforderlichenfalls können zum Ausgleich von Mengenänderungen des Adsorptionsmittels
beispielsweise durch Abrieb auch noch Ausgleichbunker mit Staubabscheidung in die
Leitungen 39, 40 und 4I eingebaut werden.
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Als Trockenmittel kann mit Vorteil das aus dem Adsorber durch die
Leitung 48 austretende Gas verwendet werden, das dann durch den z. B. mit Dampf
als Heizmittel betriebenen Erhitzer 49 und durch die Leitung 50 in die unterste
Abteilung des Trockners 21 geleitet wird. Es durchströmt nacheinander die in den
drei Abteilungen des Trockners befindliche Adsorptionsmittelschichten. und geht
durch die Leitung 5I und den Kühler 52 in die Austrittsleitung 53. Das Rohgas tritt
in den Adsorber durch die Leitung 54 ein.
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Der Austreibedampf gelangt durch die Leitung 55 in den Desorber 23.
Das Gemisch von ausgetriebenen Stoffen und einem Teil des Austreibedampfes - ein
anderer Teil wird von Adsorptioilsmitteln zurückgehalten - wird in bekannter Weise
durch die Leitung 56 in den Kondensator 57 geführt, und es wird das Kondensat, das
in diesem entsteht, in bekannter Weise in dem Abscheider 58 von dem durch die Leitung
62 abfließenden Kondenswasser getrennt und in den Sammeltank 59 abgezogen. Nicht
kondensierbare Gase, die sich im Abscheider 58 von der Flüssigkeit trennen, können
durch die Entgasungsleitung 60 zum Gaseintritt 54 zurückgeführt werden. Ein überschüssiges
Druckgefälle des Austreibedampfes kann dazu benutzt werden, mittels Strahlapparat
6I od. dgl. Leckdampf aus den Verbindungsleitungen 36, 37 und 38 und 45, 46 und
47 abzusaugen, der infolge von Uberdruck im Desorber durch diese Leitungen in die
benachbarten Räume abst;smen kann.
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Will man während des kurzzeitigen Transportes den Desorptionsdampf
nicht abstellen oder die Unterbrechung des Dampfstromes auf einem Minimum halten,
dann empfiehlt es sich, den Adsorptionsmittciabzug aus dem Desorber um ein Mehrfaches
im Querschnitt größer vorzusehen als den 4dsorptionsmittelzulauf zum Desorber, damit
das schnell abziehende ausgedämpfte Adsorptionsmittel nicht wieder verunreinigt
wird durch Desorbat aus dem neu einlaufenden Adsorptionsmittel.
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Die Querschnitte der einzelnen Abteilungen können gleich groß gewählt
werden. In der Desorption können sich manchmal aber auch kleinere Behälterquerschnitte
empfehlen, damit die Adsorptionsmittel in möglichst hoher Schicht und mit ausreichender
Dampfgeschwindigkeit desorbiert werden können. Um trotz unterschiedlicher Querschnitte
die selektive Schichtung aus der Adsorption auch bei der Desorption aufrechtzuerhalten,
werden dann die Höhen der Schichten in den Abteilungen der einzelnen Zonen so bemessen,
daß jede Abteilung, die der gleiche Adsorptionsmittelstrom durchwandert, die gleiche
Adsorptionsmittelmenge faßt. Die Führung der Adsorptionsmittel durch die einzelnen
Zonen und die Behandlung derselben in den Zonen erfolgt wie im ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben (vgl. auch unser Patent 9I4 125). Durch die Rohre 42, 43, 44, durch
die die Adsorptionsmittel von der Trocknung in die Adsorber gelangen, sowie die
Rohre 45, 46 und 47, durch die die Adsorptionsmittel von der Adsorption in die Desorption
gelangen, wird dabei der erforderliche Abschluß der Gas atmosphären zwischen diesen
Zonen erreicht.