JPH0126737B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は負荷された収着材料をガス状再生剤に
より加熱再生する方法に関する。たとえば活性
炭、活性粘土、モレキユラーシーブのような種々
の収着材料がガスおよび液体の精製に使用され、
その際吸収した不純物で負荷される。この負荷さ
れた収着材料は加熱により再生することができ
る。そのためガス状再生剤を加熱し、収着材料を
通して導く。再生剤としては多くは水蒸気または
収着材料および不純物に対して不活性の、多くは
酸素分の低いガスが使用される。収着材料層から
出る再生剤はストリツプした蒸気状の不純物を含
む。冷却および凝縮によつてこれらの物質、多く
は有機物は再生剤から分離することができる。再
生剤が水蒸気の場合、不純物は冷却の際水ととも
に凝縮し、次に凝縮物から水の分離が行われる。

エネルギー面から見て再生剤の加熱によつて収
着熱の大きさの脱着エネルギーが導入され、冷却
の際凝縮熱が放出され、この熱は脱着剤の顕熱と
ともに冷媒の空気または水を介して周囲へ放出さ
れる。この場合水蒸気による再生作業は付加的に
水蒸気の大きい凝縮熱が失われるのでとくに不利
である。

西独公開特許公報第2631255号によれば水蒸気
による再生の際エネルギーを節約するため、再生
蒸気の凝縮熱の１部を新しい再生蒸気製造に使用
することが提案される。改善が達成されるにもか
かわらず、この公報の例から明らかなようにエネ
ルギー消費はなお高く留まる。脱着および凝縮し
た不純物１Kg当りなお2.5Kgまたは4.6Kgの水蒸気
が必要である。これは普通使用する水蒸気量の1/
３に過ぎないけれど、その凝縮熱は不純物の凝縮
熱に対し付加的に失われる。

さらに西独特許第704350号明細書からガス状脱
着剤をベンチレータによつて脱着回路へ導き、加
熱器内で吸着器に存在する使用した収着材料を再
生しうる温度に加熱し、ストリツプした脱着物を
脱着物補集器として作用する凝縮器の冷却によつ
て凝縮される方法が公知である。ガス状脱着剤に
含まれるすべての熱が失われないように、この明
細書の提案によれば、凝縮器をガス状脱着剤が貫
流せずに、脱着物の分圧を脱着回路へ接続した自
体貫流しない空間内で冷却によつて降下させ、そ
れによつて脱着物が拡散により冷却する分圧を
得、ガス状脱着剤はその中に含む顕熱を失わな
い。この場合加熱エネルギーの予期の節約は収着
材料層が完全加熱される脱着末期頃にしか開始し
ない。しかし脱着終了後、収着材料を冷却しなけ
ればならないので、加熱エネルギーの節約は収着
材料内に蓄積された顕熱を計算に含めることはで
きない。

本発明の目的は使用した収着材料を再生する際
のエネルギー消費を方法の経済性が上昇するよう
に低下することである。

もう１つの目的は機械的に駆動する構造要素の
費用、とくに摩耗部を減少し、この方法を経済的
に形成することである。

さらに本発明の目的は収着材料の脱着期の間に
蓄積された熱エネルギーを方法自体の中で経済的
に利用し、ガス状脱着剤の顕熱の損失を脱着期の
間でも冷却期の間でも低くし、この熱エネルギー
を少なくとも次の脱着の導入のため保留すること
である。

この目的を解決するため本発明により再生剤を
ヒートポンプの凝縮器としての１熱交換器内で加
熱し、この高温の再生剤を収着材料を通して導
き、この再生剤をストリツプした不純物とともに
同じヒートポンプの蒸発器としての第２熱交換器
内で冷却することが提案される。有利な実施例に
よればヒートポンプは圧縮ヒートポンプとして形
成され、その冷媒圧縮器は内燃機関によつて駆動
される。他の形成によれば第１熱交換器と第２熱
交換器の間に異なる冷媒を有する２つ以上のヒー
トポンプが公知のカスケード接続で配置される。

さらにヒートポンプとして吸収ヒートポンプを
使用し、そのストリツパを燃焼装置によつて加熱
し、その排ガスを少なくとも１部再生剤として使
用することが提案される。有利な実施例によれば
吸収液は蒸気泡ポンプによつて循環が維持され
る。この場合蒸気泡ポンプの気泡形成容器は燃焼
装置によつて加熱されるストリツパとして作用す
ることができる。

最後に、脱着期の間収着材料にエネルギーを奪
われて冷却されたガス状脱着剤を脱着物といつし
よに収着剤容器の外部に配置された最初冷たい蓄
熱器へ流し、そこで顕熱および潜熱を蓄熱材料へ
伝達し、これを加熱し、自体さらに冷却されて蓄
熱器を出、加熱可能の熱交換器内でこれを加熱
し、高温で再び収着材料容器に送り、引続く冷却
期の間収着材料内でもはやほとんど冷却されない
ガス状脱着剤を高温で蓄熱器に流入させ、その蓄
熱材料をほとんど顕熱の伝達によつて加熱し、冷
却されて蓄熱器を去り、あとに配置された熱交換
器内で再加熱されずに、したがつて低温で収着材
料容器に供給し、ここでガス状脱着剤が高温の収
着材料から熱を奪い、自体加熱され、この吸収し
た熱を蓄熱材料へ伝達し、次の脱着期を導入する
ため脱着回路をガス状脱着剤で充てんし、脱着循
環を開始した後、脱着剤を最初高温の蓄熱器内で
加熱し、それによつて高温で収着材料容器に再び
送り、その際蓄熱器に蓄積した熱を次の脱着期を
導入するため少なくとも収着材料の最初の加熱に
作用させる方法が提案される。

方法の有利な実施例は特許請求の範囲第２項〜
第１２項に記載される。本法を実施する装置の特
徴は脱着回路内で熱交換器の前に蓄熱器を備える
ことである。

次に本発明を図面により説明する。

容器１は収着材料２を収容する。再生剤は導管
３を介してヒートポンプの凝縮器としての第１熱
交換器４へ入り、そこで加熱され、導管６を介し
て負荷された収着材料２を含む容器３へ導入され
る。再生剤は導管７から負荷された蒸気状不純物
とともに容器を去り、蒸発器としての第２熱交換
器５に達し、この中で再生剤および不純物は冷却
され、不純物の少なくとも１部は凝縮する。沈積
した凝縮物は導管１４から蒸発器の熱交換器を去
り、凝縮しない物質は再生剤とともに導管１３か
ら流出し、ブロア１５によつて導管３へ送り戻さ
れる。第１および第２熱交換器４，５は導管１
０，１１および１２によつて互いに結合され、冷
媒回路を形成し、この回路に圧縮器８が配置され
る。冷媒は圧縮機８で圧縮され、第１熱交換器４
で凝縮し、そこでその熱交換器を介して蒸発熱を
再生剤に放出し、凝縮熱は導管１１を介して放圧
弁９および第２熱交換器５へ流れ、そこで再び蒸
発し、この熱交換器を介して再生剤の凝縮熱を吸
収する。冷媒の蒸気圧力が温度とともに急上昇す
ることによつて、ヒートポンプによつて凝縮器と
蒸発器の間に大きな温度差を発生させる場合困難
が生ずる。

このような場合低温工業で実証された第２図に
示すような２つ以上のヒートポンプ回路のカスケ
ード接続が有利である。第１ヒートポンプ回路は
再生剤の顕熱および熱交換器５内の脱着物の凝縮
熱を引受け、この熱交換器で蒸発したこのヒート
ポンプ回路の冷媒は導管１２，１を介して冷媒圧
縮機８，１に送られ、圧縮によつて加熱され、導
管１０，１を介して熱交換器１６に送られ、ここ
でその顕熱およびその凝縮熱が第２ヒートポンプ
回路の冷媒へ伝達される。次に冷媒は凝縮して導
管１１，１を介して放圧弁９，１へ流れ、放圧の
際蒸発し、冷却され、冷蒸気として熱交換器５へ
流れ戻る。第２ヒートポンプ回路内の熱輸送も同
様に経過する。第１ヒートポンプ回路から熱交換
器１６で伝達された熱は第２ヒートポンプ回路の
冷媒を加熱し、この冷媒は導管１２，２を介して
圧縮機８，２へ流れ、そこで圧縮され、熱交換器
４でその顕熱および凝縮熱を少なくとも１部、負
荷された収着剤の熱的再生のための再生剤へ伝達
する。冷却された冷媒は導管１１，２を介して放
圧弁９，２へ流れ、ここで放圧および蒸発し、冷
却する。冷却した冷媒は蒸気状で熱交換器１６に
導かれる。

ヒートポンプとしては例示した圧縮ヒートポン
プのほかに吸収および収着ヒートポンプならびに
ヒートポンプも適当である。１次エネルギーのき
わめて高い利用は内燃機関駆動による圧縮ヒート
ポンプ運転の際達成される。負荷された収着剤を
再生する方法を実施するためこのような系を使用
する場合、内燃機関によつてもう１つの意外な利
点が得られる：内燃機関の排ガスは酸素は低いの
で、多くの場合単独で再生剤として適する。さら
に不活性ガスとしてこの排ガスを使用する場合、
ウオーミングアツプが必然的に不活性ガス発生を
伴うので、大きい安全性が得られる。

第３図は再生前の負荷された収着材料２を含む
容器１をガス状再生剤が貫流する。ガス状再生剤
のこの流れはブロア１５によつて導管３，６，７
および１３を介して送られ、ガス状再生剤を加熱
する熱交換器４およびガス状再生剤を冷却して脱
着物を凝縮させる熱交換器５を貫流する。再生剤
の顕熱および脱着物の凝縮熱は熱交換器５を介し
て冷媒へ伝達され、この冷媒はこの熱を蒸発熱と
して吸収し、大部分潜熱として吸収器２１に送ら
れる。このガス状の冷媒は吸収器２１内で冷媒が
よく溶解する吸収液によつて結合される。この溶
解によつて形成される圧力降下が冷媒流れを駆動
する。冷媒が富化した吸収液はポンプ装置１８に
よつてストリツパ１９へ流れ、ここで燃焼装置２
０の熱によつて強く加熱され、溶解した冷媒を放
出する。この遊離した冷媒は熱交換器４へ流れ、
ここでその凝縮の際熱を放出し、この熱は熱交換
器４を介してガス状再生剤へ伝達される。凝縮し
た冷媒は導管１１を介して絞り弁９へ導かれ、こ
の弁の後方の熱交換器５内で液体の冷媒は蒸発
し、その周囲から熱を奪い、この熱は蒸発器の熱
交換器５を介してガス状脱着剤または脱着物の凝
縮熱から補充される。燃焼装置２０の排ガスはこ
の場合少なくとも一部弁２４を有する導管２３か
ら“熱交換器４―収着材料容器１―熱交換器５―
導管３，６，７，１３およびブロア１５”からな
る系へ供給される。この場合この排ガスは空気を
この系から排除するために役立つ。この排ガスは
ガス状再生剤としても使用される。吸収液の循環
はポンプ装置１８によつて維持される。このポン
プ装置は任意のポンプでよい。吸収液の循環を可
能にするため、冷媒回路の低温側は吸収液にほと
んど溶解しない不活性ガスで充てんされ、導管２
２は圧力平衡に役立つ。エネルギー利用を改善す
るため熱交換器１７，３を備え、ここでストリツ
パ１９から還流する熱吸収液の顕熱がストリツパ
へ流入する冷吸収液へ伝達される。設計が適当で
あれば熱交換器１７，３で冷却された吸収液を直
接吸収器２１に流し、この中で冷媒と接触させる
ことができる。

第４図はポンプ装置１８の特殊な実施例すなわ
ち気泡ポンプ２６を示す。冷媒が溶解している気
泡形成容器２５内の吸収液はストリツパ１９から
導管１７，１を介して還流する熱交換器１７，４
のの蛇管を通る熱吸収液によつて加熱され、部分
的ストリツプが始まり、遊離した冷媒蒸気は完全
には脱ガスしていない吸収液を上昇管１７，２に
よつて燃焼装置で加熱されたストリツパ１９へ上
げ、このストリツパから冷媒を分離した熱吸収液
が熱交換器１７，４の蛇管へ還流し、そこからさ
らに場合により熱交換１７，５を介して吸収器２
１へ流れる。

第５図には燃焼装置２０′により直接加熱され
る気泡ポンプ２６のもう１つの有利な形成を示
す。気泡形成容器２５′は燃焼装置２０′によつて
加熱される。燃焼装置の排ガスは導管２３′から
弁２４（第３図）へ流れる。冷媒蒸気は分離容器
２７′内で吸収液と分離され、吸収液はこの容器
へ上昇管１７，２′を介して気泡形成容器２５′内
で形成された冷媒蒸気泡の影響下に上げられる。
フードは第１熱交換器４（第３図）へ通ずる導管
１０′へ滴が直接排出されるのを防止する。還流
導管１７，１′は熱交換器１７，３′に通じ、ここ
でストリツパとして形成された気泡形成容器に流
入する冷媒含有吸収液が予熱される。

第６図はもう１つの参考例を示す。収着材料容
器１は再生する収着材料２を含み、その際この容
器内で収着材料が負荷されたかまたは負荷されて
この容器へ装入されたかは本発明の要旨に関係が
ない。この収着材料容器は導管を介して構成要素
である第２熱交換器５、ブロア１５、蓄熱器２９
および第１熱交換器４と結合して脱着回路を形成
し、この回路内でガス状脱着剤はブロア１５によ
り循環的に導かれる。第１熱交換器４はガス状脱
着剤を加熱する加熱媒体の接続管を備える。第２
熱交換器５は脱着物の凝縮分離に必要な冷却に作
用する冷媒の接続管を備える。さらに第２熱交換
器５は分離した凝縮液の取出管１４を有する。蓄
熱器２９は同様にそこに発生する凝縮液の取出管
を備える。収着材料２は収着材料容器内でとくに
堆積層として存在する。他の配置ももちろんこの
方法に影響しない。蓄熱器２９内に存在する蓄熱
材料３０は同様とくに堆積材料として配置され、
この場合も配置の種類は本発明の思想と関係がな
い。蓄熱材料として比熱および密度の大きい材料
が有利なことは明らかである。

さらに第２熱交換器５の過熱は有利にこの熱交
換器と並列にバイパス３１を設け、冷却期に収着
材料容器１から出るガス状熱脱着剤が第２熱交換
器５を迂回することによつて避けられる。同様第
１熱交換器４からたとえばなお存在する残熱によ
る不所望の熱導出は蓄熱交換器４′と並列配置の
遮断可能のバイパス３３によつて防ぐことができ
る。このバイパスによつて冷却期に蓄熱器２９か
ら出るガス状の冷脱着剤は場合によりなお熱い第
１熱交換器４を迂回することができる。もう１つ
のバイパス３２によつて蓄熱器２９の迂回も可能
である。

脱着材料容器１に収容された負荷された収着材
料２を脱着するため、脱着回路の構成要素の空間
およびこの構成要素を結合する導管をガス状脱着
剤を充てんした後、ブロア１５を運転し、熱交換
器４′の加熱を開始する。ガス状脱着剤は熱交換
器で加熱され、収着材料容器１へ高温で流入し、
その中に存在する負荷された収着材料２を貫流す
る。この場合流れ方向に前進する加熱前線によつ
て収着材料２が加熱され、加熱の過程で脱着され
る。収着材料２の加熱および脱着過程自体による
熱消費によつてガス状脱着剤に冷却し、ストリツ
プされた脱着物とともに収着材料容器１を低温で
去る。脱着の進行とともに加熱前線は全収着材料
層２を通つて移動し、ガス状脱着剤は収着終了
後、収着材料２を最終的にはこれに入る温度で去
る。実際の作業では正確にはゼロにならない入口
温度と出口温度の差はそれゆえ脱着過程の指針と
なる。脱着の間発生する脱着物は十分低温の部分
に凝縮する。この凝縮は蓄熱器２９内で生じ、蓄
熱器内に蓄積された熱は脱着期導入の際収着材料
２へ伝達され、それゆえ蓄熱材料３０はこの場合
冷却されている。発生した凝縮液は凝縮液導出管
から外部へ導出され、公知の処理装置に送られ
る。有利に第２熱交換器５の冷却のための接続管
を開き、ここでガス状冷媒の温度は脱着物の凝縮
点以下まで冷却されている。その際発生する凝縮
液は凝縮液取出管１４によつて外部へ導出され、
同様公知の処理装置に送られる。ガス状脱着剤は
第２熱交換器５を去り、蓄熱器２９へ流れ、その
蓄熱材料３０からさらに熱エネルギーを取出す。
この蓄熱材料は脱着期導入の間熱をガス状脱着剤
へ与え、その際冷却され、その結果として蓄熱器
２９は完全冷却される。

脱着終了後、冷却期が始まる。収着材料２は熱
く、蓄熱材料３０は冷却されている。ガス状脱着
剤は収着材料容器１内で加熱され、第２熱交換器
５の冷却を停止してほとんど冷却されずに蓄熱器
２９へ流れ、その蓄熱材料３０を加熱しながらガ
ス状脱着剤は冷却する。この場合加熱前線は蓄熱
材料３０を通つて移動し、ガス状脱着剤は蓄熱器
２９の加熱終了まで冷却された蓄熱材料３０にほ
ぼ相当する温度をもつて蓄熱器２９を去る。この
冷却期の間、第１熱交換器４の加熱は停止され、
ガス状冷脱着剤は加熱されずに収着材料容器へ流
れる。

蓄熱器に蓄積された脱着の新たな導入の際約１
時間利用される。この実施例が示すようにこの新
規方法によりとくに蓄熱器内の蓄熱材料の堆積層
を有する有利な実施例を使用する場合、外部から
導入する脱着エネルギー（加熱のための熱および
脱着熱）の約60％を節約することができる。この
節約は第２熱交換器の冷却を介さずに外部へ導入
される熱エネルギーにほぼ相当する。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧縮ヒートポンプによる本発明の方
法、、第２図は２段ヒートポンプによる方法、第
３図は吸収ヒートポンプによる方法を示す回路
図、第４図は蒸気泡ポンプ、第５図はストリツパ
として形成された蒸気泡ポンプの略示縦断面図、
第６図は蓄熱器による方法を示す回路図である。 １……容器、２……収着材料、４……第１熱交
換器、５……第２熱交換器、８……圧縮機、１５
……ブロア。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 負荷された収着材料をガス状再生剤により加
   熱再生する方法において、再生剤をヒートポンプ
   の凝縮器としての第１熱交換器４内で加熱し、こ
   の加熱された再生剤を収着材料２を通して導き、
   ストリツプされた脱着物を含む再生剤を同じヒー
   トポンプの蒸発器としての第２熱交換器５内で冷
   却することを特徴とする負荷された収着材料を加
   熱再生する方法。 ２ ヒートポンプが圧縮ヒートポンプであり、そ
   の冷媒圧縮機８を内燃機関によつて駆動する特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 内燃機関の排ガスの１部を再生剤として使用
   する特許請求の範囲第２項記載の方法。 ４ 内燃機関の排ガスの１部を第１熱交換器４、
   収着材料容器１、第２熱交換器５、、および導管
   ３，６，７，１３からなる系へ空気を排除する不
   活性ガスとして供給する特許請求の範囲第２項記
   載の方法。 ５ 第１熱交換器４と第２熱交換器５の間に異な
   る冷媒を有する２つ以上のヒートポンプが公知の
   カスケード接続で備えられている特許請求の範囲
   第１項から第４項までのいずれか１項記載の方
   法。 ６ ヒートポンプとして吸収ヒートポンプを使用
   し、そのストリツパ１９を燃焼装置２０によつて
   加熱し、その排ガスを少なくとも一部再生剤とし
   て使用する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ７ 燃焼装置２０の排ガスの少なくとも１部を第
   １熱交換器４、収着材料容器１、第２熱交換器５
   および導管３，６，７，１３からなる系へ空気を
   排除する不活性ガスとして供給する特許請求の範
   囲第６項記載の方法。 ８ 吸収液を蒸気泡ポンプ２６によつて循環させ
   る特許請求の範囲第６項または第７項記載の方
   法。 ９ ストリツパ１９から導管１７，１を介して還
   流する途中で熱交換器１７，４に流入する高温吸
   収液の顕熱の少なくとも一部をストリツパ１９へ
   流入する吸収液へ伝達し、その際熱交換器１７，
   ４が蒸気泡ポンプ２６の気泡形成容器２５を包囲
   している特許請求の範囲第８項記載の方法。 １０ 蒸気泡ポンプ２６の気泡形成容器２５が燃
   焼装置２０で加熱されるストリツパ１９として作
   用する特許請求の範囲第８項記載の方法。 １１ 熱交換器１７，３′に流入する冷吸収液が
   還流する熱吸収液から、還流する吸収液を直接吸
   収器２１に供給しうる程度まで顕熱を取出す特許
   請求の範囲第９項または第１０項記載の方法。 １２ 吸収ヒートポンプが２つ以上の段でカスケ
   ード接続されている特許請求の範囲第６項から第
   １１項までのいずれか１項記載の方法。