WO2021121452A1 - Verfahren und hohlprofiladsorber zum behandeln eines mit schad- und/oder nutzkomponenten belasteten gases - Google Patents

Verfahren und hohlprofiladsorber zum behandeln eines mit schad- und/oder nutzkomponenten belasteten gases Download PDF

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WO2021121452A1
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Andreas Hartbrich
Alexander Jekow
Ruprecht Marxer
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Silica Verfahrenstechnik Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for treating a raw gas loaded with at least one gaseous pollutant and / or useful component, in which the raw gas set by a fan and / or compressor under an increased adsorption pressure via an inflow-side distribution chamber has a large number of open-ended, Flow channels filled with adsorbent flow in parallel divided partial flows until the adsorbent is saturated with the harmful and / or useful component by adsorption, the heat generated during adsorption being carried away indirectly by a cooling medium conducted in cross flow to the flow channels, and the partial flows After leaving the flow channels, they are brought together in a collecting space on the downstream side and discharged as clean gas via a clean gas line, then the saturated adsorbent in the flow channels is regenerated by the adsorbent being subjected to an adsorption pressure d it is exposed to raw gas lying desorption pressure and at the same time indirectly heated by a heating medium led in cross flow to the flow channels until the harmful and / or useful component is desorbed
  • the invention further relates to a hollow profile adsorber with a
  • Confirmation copy Cross-flow flow spaces, with the flow channels filled with adsorbent for the passage of the raw gas, which is divided into partial flows, opening into an inflow-side distribution space connected to a supply line and an outflow-side collecting space connected to a clean gas line, which are connected through the flow channels and the flow spaces into a distribution space surrounding the flow channels for the supply and discharge of a cooling or heating medium for indirect cooling or heating of the adsorbent open to flow, and with a control unit that converts the hollow profile adsorber loaded with the harmful and / or useful component from the adsorption to the regeneration state or vice versa.
  • Mainly adsorbents are used in the form of beds made of activated carbon, silica gel, aluminum oxide gel or molecular sieves, for example in a bed through which the gas to be cleaned flows (DE 35 05 351 A1, DE 197 54 185 CI, DE 198 09 200 A1 ), or a bed arrangement of the adsorbent between heat exchanger plates (DE 103 61 515 A1, EP 2 718 086 B1, EP 1 284 813 B1, DE 603 17 545 A2).
  • the gas to be cleaned flows through the adsorber filled with adsorbent, the adsorbent adsorbing the pollutant and heat is generated by the adsorption, which cannot be dissipated in conventional adsorbers.
  • the gas to be cleaned is therefore cooled before it enters the adsorber.
  • a temperature profile is created in the adsorber, i.e. when the gas flows downwards through the adsorbent bed, the upper layers of the bed are cooled by the incoming gas and the lower layers are heated by the heat of adsorption released.
  • a substance adsorbs at a higher
  • the temperature profile of VOC-polluted exhaust air that develops during the adsorption of solvents also favors the formation of fire-endangering hotspots in the activated carbon bed, which can lead to spontaneous combustion of the activated carbon.
  • a previously heated regeneration gas is introduced into the loaded adsorbent, which heats the adsorbent to a temperature at which the pollutant or the useful component desorbs.
  • Regeneration with gas is disadvantageous from an energetic point of view due to the relatively low heat capacity of the gas. All apparatus, pipes and fittings are heated up by the heated regeneration gas before the heat can heat up the adsorbent accordingly. This causes high operating costs due to the energy loss that has to be expended.
  • adsorbents such as activated carbon and silica gel are unsuitable for adsorption under high pressure, because at low partial pressure the adsorption capacity of activated carbon and silica gel is too low to be able to be used economically.
  • This prior art also suggests the desorption of the adsorbed impurities from the adsorbent arranged in the fixed bed by stripping with a purge gas, the displacement with a preferably adsorbed material, the heating of the adsorbent to a temperature above the adsorption temperature in a direct or indirect way or in a Pressure below the adsorption pressure. If activated carbon is used as an adsorbent in the
  • the activated carbon When solvent recovery is used, the activated carbon is usually regenerated by direct steaming of the activated carbon with hot water vapor, which in addition to the heat losses also results in the solvent being contaminated by the steam. Furthermore, before the solvent can be reused, the water phase must be removed from the solvent, which in turn causes high expenditure in terms of energy and equipment.
  • the activated carbon filling of tubes in a tube bundle with a circular ring cross-section (DE 37 29 517 A1) is known, with concentric to the tube bundle leading cylindrical cooling Pipe lay and in the center of the tube bundle and / or pipe lay an electrical heating device is arranged.
  • an apparatus in particular for use as a chemical reactor and / or adsorber and / or regenerator is known, which is constructed essentially cylindrically symmetrical about a preferred axis and contains at least two beds of particles that act catalytically and / or adsorptively and / or heat-storing.
  • the apparatus has means for supplying and removing gaseous or liquid media, which are each assigned to the ends of the beds facing away from one another and the ends facing one another.
  • Drying of gases is known, in which tube bundle heat exchangers or tube arrangements are used from tubes arranged in parallel and spaced from one another, which are filled with adsorbent.
  • EP 1 975 539 A2 is a heat exchanger or chemical
  • a reactor comprising a heat exchange body defining one or more fluid flow channels and having a removable insert.
  • the insert includes a series of contact plates stacked along a common axis and an interference fit into one the flow channels, whereby secondary heat exchange surfaces are provided in thermal contact with the primary wall surfaces.
  • the first possibility is to arrange the catalyst or adsorbent as a supported layer in the flow channel (EP 1 195 193 B1, EP 1 361 919 B1, EP 1 430 265 B1, DE 11 2006 000 447 T5, EP 1 434 652 B1, WO 03 / 095924 A1).
  • the particle size in these cases is less than 0.15 mm, so that this approach is suitable for flow channels with small cross-sections and closed flow channels of plate heat exchangers.
  • the catalyst or the adsorbent is introduced as a bed or packing into a relatively open, unimpeded flow passage with larger flow cross-sections (WO 2006/075 163 A2).
  • the particle sizes used here are more than 2 to 3 mm. If the catalyst packing is used up, it has to be removed from the flow channels by pressing the packing through a rod inserted into the flow channel.
  • the system is to a certain extent a one-way system, because the catalyst or the adsorbent can only be removed after it has been used up with a relatively high level of technical effort or the apparatus even has to be scrapped.
  • Adsorption capacity for the following adsorption phase is reduced according to the residual load, provided that the blocked flow channel could be made flow-permeable again.
  • consumption increases # of unused adsorbent which increases the operating costs of the process.
  • Another disadvantage that should not be neglected is that in particular the flow channels filled with adsorbent have small
  • Cross-sectional areas tend to allow the gas to pass the edge of the adsorbent because the flow velocity reaches a maximum near the wall, which locally leads to an increased mass and heat transfer and thus to a premature breakthrough of the adsorption front near the wall.
  • Shell-and-tube heat exchangers as adsorption apparatuses on an industrial scale do not prevail.
  • the invention is based on the object of providing a method and an adsorber with which it is possible, on an industrial scale, hollow profile arrangements with slim flow channels for treating a raw gas loaded with at least one gaseous pollutant and / or useful component by reducing the energy loss during adsorption and regeneration, increasing the speed and quality of the regeneration process, and largely avoiding the possibility of the raw gas passing through the adsorbent while at the same time increasing economic efficiency and safety.
  • flow channels of at least two rows of hollow profiles of longitudinally cohesively connected hollow profiles with a clear width of at least 10 to a maximum of 120 mm, flow chicanes positioned in the flow channels and flow paths located in the flow spaces for the Cooling and heating medium forming flow baffles and spacer plates achieved in the following steps: a) Simultaneous generation of turbulence in the partial flows of the raw gas within the flow channels and in the cooling medium within the flow spaces during adsorption or the partial flows of the purging gas in the flow channels and in the heating medium in the flow spaces during regeneration, b) adjusting the adsorption pressure in the flow channels during adsorption by throttling the outflow of clean gas from the collecting space to an overpressure of 0.1 to 60.0 bar, c) adjusting the desorption pressure ckes in the flow channels during regeneration by throttling the flow of purging gas into the distribution chamber to an absolute pressure of 0.01 to 1.0 bar while maintaining a vacuum pump vacuum on the
  • the turbulence in the raw gas and in the purge gas are generated according to a preferred embodiment of the method according to the invention by flow chicanes that are formed as expressions perpendicular and / or transverse to the flow direction in the wall of the hollow profile at the same time with the production of the hollow profiles, the expressions according to be aligned inwardly in the flow channel and / or outwardly in the flow space can.
  • the generated turbulence counteracts the marginal accessibility along the wall of the flow channels and also has the advantage that the cooling or heating medium is swirled directly on the surface by the features directed outwards into the flow spaces and thus significantly improves the heat exchange.
  • the turbulence in the cooling or heating medium is generated by flow guide or spacer plates positioned in the flow spaces between the rows of hollow profiles, the cooling medium during adsorption or the heating medium during regeneration in a cross flow to the flow channels can be performed single or multiple.
  • the adsorption pressure is regulated such that the pressure of the raw gas in the distribution chamber and the pressure of the pure gas in the collecting chamber are measured by pressure sensors connected to the control unit, and the control unit records the measured values with a predetermined value in the control unit compares stored setpoint for the adsorption pressure and, if there is a deviation, controls the fan and / or compressor and a pressure control valve downstream of the collecting chamber, which adjusts the outflow of clean gas from the collecting chamber in such a way that the adsorption pressure corresponds to the setpoint for the adsorption pressure.
  • the desorption pressure is regulated in such a way that the pressure of the purging gas in the distribution chamber and the pressure of the vacuum pump applied in the collecting chamber are measured by pressure sensors connected to the control unit compares the setpoint for the desorption pressure stored in the control unit and, in the event of a deviation, controls the vacuum pump downstream of the collecting chamber and a control valve upstream of the distribution space, which adjusts the flow of flushing gas into the distribution space in such a way that the desorption pressure corresponds to the setpoint for the desorption pressure.
  • the advantage is that the desorption pressure in the flow channels can be precisely maintained through the interaction of the vacuum pump and control valve.
  • the condensation overpressure is regulated such that the pressure of the return gas is measured after leaving the heat exchanger / condenser by a pressure sensor connected to the control unit, the control unit the measured value with a predetermined, in The control unit compares the setpoint for the condensation overpressure and, if there is a deviation, controls a pressure control valve downstream of the heat exchanger / condenser, which adjusts the return gas flow so that the condensation overpressure corresponds to the setpoint for the condensation overpressure.
  • Process is used as purge gas, pure gas or inert gas, which is divided into partial flows during the regeneration, with one partial flow each being passed into a flow channel filled with saturated adsorbent, flowing through this and the desorbed harmful and / or useful component from the adsorbent into the collecting space discharges and is brought together to the desorbate of flushing gas and harmful and / or useful components.
  • a partial flow can be separated from the clean gas generated by the method according to the invention and used as a flushing gas.
  • inert gas a corresponding reservoir is to be provided, from which the inert gas is supplied as a flushing gas.
  • the inert gas can also be taken from a supply network. Nitrogen is preferably used as the inert gas.
  • hollow profiles in the form of tubes, rectangular or box profiles made of thin stainless steel, copper or aluminum sheet with a clear width between 3 to 120 mm, a length of 1 to 2 m and a wall thickness of 0.2 to 3 mm are used
  • Adjacent hollow profiles are connected to one another along an axis running parallel to the longitudinal axis of the hollow profiles on their outer wall by laser line welding, spot welding or brazing to form a row of hollow profiles, with several rows of hollow profiles being arranged above or below one another with gaps at a distance from one another and each forming a flow space between them so that the cooling medium during the adsorption or the heating medium during the regeneration can be fed in cross-flow to the flow channels in one or more passes.
  • Water or water-glycol mixtures can be used as the cooling medium and steam, hot water or hot gases as the heating medium.
  • Another embodiment of the method according to the invention is characterized in that the liquefied harmful and / or useful component is discharged via a condensate drain and the return gas leaving the heat exchanger is mixed with the raw gas.
  • the further embodiment of the method according to the invention provides that beds of activated carbon granulate, aluminum oxide gel, silica gel, molecular sieves or mixtures thereof are used as adsorbents.
  • Hollow profile adsorber achieved in that the hollow profiles are combined in at least two rows of hollow profiles lying on top of one another, which are offset by Flow guide and spacer plates arranged in the flow spaces for the cooling or heating medium are spaced apart from one another, the hollow profiles being abutted parallel to one another along an axis running perpendicular to the longitudinal axis of the hollow profiles and being at least point-wise cohesively connected to one another in the abutment and so that the flow channels are clear
  • a width of at least 10 to a maximum of 120 mm and have flow chicanes inside to generate turbulence and that the inflow-side distribution space with a flushing gas line for supplying the flushing gas, which is fanned out into partial flows, and introducing it into the flow channels for the removal of the desorbed, heated harmful and / or useful component from the adsorbent is connected as desorbate in the collecting space, a control valve for throttling the flow of flushing gas into the distribution space and the collecting space on the outflow side
  • the flow guide and spacer sheet comprises a thin corrugated sheet with spacer profiles that are molded into the wave crests and exceed the height of the wave crests and are offset from one another from wave crest to wave crest, with the spacer profiles engaging in the offset formed by the rows of hollow profiles above and below one another in a supporting manner and each end of the respective spacer profile is firmly bonded to the associated row of hollow profiles.
  • Partial flows in the flow channels past the adsorbent is that the flow chicanes are formed by shapes that are formed transversely and / or parallel to the flow direction of the partial flow of the raw gas or purging gas in the wall of the flow channels inwards and / or from the wall outwards.
  • a pressure sensor for measuring the pressure of the raw gas, the pressure of the clean gas during adsorption and the pressure of the purge gas and the suction-side pressure of the vacuum pump during regeneration is assigned to the distribution chamber and / or the collecting chamber, the pressure sensors being connected to the control unit which is connected to control the fan in the supply line, the pressure control valve to throttle the outflow of clean gas from the collecting chamber, the vacuum pump to generate the negative pressure during regeneration and the control valves to throttle the flow of purge gas into the distribution chamber.
  • the heat exchanger / condenser is connected on the downstream side to the feed line for the raw gas through the return gas line via the pressure control valve for throttling the outflow of the return gas from the heat exchanger / condenser, a pressure sensor downstream of the heat exchanger / condenser being provided to measure the return gas pressure, which is connected to the Control unit is connected, which is connected to the pressure control valve for throttling the outflow of the return gas from the heat exchanger / condenser into the feed line of the raw gas, so that the harmful and / or useful component under excess pressure, for example at 0.1 to 5 bar, in the Condenser can condense.
  • the rows of hollow profiles are combined to form a rectangular adsorber unit, which in the interior of a Rectangular or cylindrical housing with a distribution space that surrounds the adsorber unit and is supplied with cooling or heating medium via connecting lines and shut-off valves, an upstream distribution space designed as a head part for the raw gas or flushing gas and a downstream collection space designed as a foot part for the clean gas or desorbate is arranged, wherein the horizontal flow spaces for the cooling or heating medium open into the distribution space and the distribution space is connected through the flow channels to the collecting space with open flow.
  • This embodiment of the hollow profile adsorber according to the invention makes it possible to use the adsorber structural unit in a vertical or horizontal installation position, depending on the prevailing operating conditions.
  • Hollow profile adsorber provides that at least two structural units are arranged in the housing of the hollow profile adsorber and that each structural unit is provided with the inflow-side distribution space and the outflow-side collecting space, the distribution space and the collecting space being flow-connected to one another through the flow channels.
  • the rows of hollow profiles are kept at least by a head-side floor, a foot-side floor and optionally from an intermediate floor to form the horizontal flow spaces, the respective floor either from a single molded part or from several to the contour the hollow profile rows are adapted molded parts that are joined together and firmly connected to the hollow profile rows.
  • Hollow profile adsorbers include the hollow profiles precision tubes or rectangular or box profiles made of thin stainless steel, copper or aluminum sheet with a length of 1 to 2 m and a wall thickness of 0.2 to 3 mm.
  • the flow channels on the inflow and outflow side are covered with a sieve that can be flowed through and dismantled by the raw or flushing gas and whose mesh size is smaller than the grain size of the adsorbent. If it becomes necessary to replace the adsorbent, the sieve can be dismantled from the flow channels and the used adsorbent can be easily removed via the distribution chamber on the supply side.
  • the filling of the flow channels with new adsorbent takes place after removing the downstream screen and reassembling the upstream screen vertically into the open flow channels via the downstream distribution space.
  • the hollow profile adsorber provides that the flushing gas is air, preferably pure gas, or an inert gas, for example nitrogen.
  • the flushing gas is air, preferably pure gas, or an inert gas, for example nitrogen.
  • an inert gas for example nitrogen.
  • a separate storage device or a supply network is provided, which is connected to the flushing gas line.
  • Adsorbent a bed of activated carbon, aluminum oxide gel, silica gel, molecular sieves or their mixtures with a particle size between 0.6 mm and 6.0 mm.
  • Hollow profile adsorber the adsorbent-filled flow channels of the two hollow profile adsorbers are arranged to one another via connecting lines and switching valves and the indirect cooling or heating for the adsorbent assigned to the horizontal flow spaces via the peripheral distribution space of the two hollow profile adsorbers by connecting lines and shut-off valves via the control unit.
  • the heat generated during adsorption is removed from its place of origin by water or glycol-water mixtures and the heat required to regenerate the adsorbent is removed where it is needed.
  • Water or glycol-water mixtures can be used for cooling.
  • the adsorbent bed is heated on one side by the regeneration fluid, directed upwards or downwards.
  • the heat or desorption front migrates through the bed.
  • a large part of the components already desorbed in the hot area is adsorbed again in the not yet heated (cold) area of the adsorbent column and then has to be desorbed again in an energy-intensive manner.
  • the advantage of the solution according to the invention is, among other things, that the adsorbent located in the flow channels is heated at the same time. As a result, there are no cold areas in the bed of adsorbent in which desorbed components could be adsorbed again. This has the advantage that the energy efficiency of the process, the speed and the quality of the regeneration are significantly improved.
  • flushing gas flow can be freely selected and only serves to remove the desorbed harmful and / or useful components, whereby higher concentrations of harmful and / or useful components can be set in the flushing gas and in particular the condensation quantities of harmful and / or useful components
  • Useful components such as dichloromethane, acetone, ethyl acetate, methanol, toluene, xylene, hexane, water reach orders of magnitude that meet industrial standards and are economical.
  • the lowering of the pressure during desorption also enables the amount of flushing gas to be minimized.
  • the solution according to the invention thus opens up the possibility of using energy carriers such as hot water or even warm exhaust gas as a heating medium for the regeneration.
  • a saturated air / ethyl acetate mixture for example, achieves a condensation performance comparable to that at a pressure of 1 barg and normal cold water (+ 2 ° C) at -10 ° C under normal pressure 1 bara. Both the pressure and the temperature during the condensation can easily be adapted to the respective conditions.
  • flushing gas does not have to transport the required desorption energy into the loaded adsorbent, but only transports the desorbed harmful and / or useful component into the heat exchanger.
  • FIG. La is a perspective view of two staggered hollow profiles in tubular form, arranged one above the other, which are materially connected to one another by laser welding,
  • FIG. 1b shows a plan view of two rows of hollow profiles according to FIG.
  • FIG. 1c shows a perspective illustration of the flow guide and spacer plate inserted in the flow spaces between the rows of hollow profiles
  • FIG. 2b shows the structure of the floor in an exploded view
  • FIG. 3 shows a sectional side view of an adsorber unit used in the interior of a rectangular housing jacket with a supply-side distribution space for the raw gas to be treated and a discharge-side collection space for the Pure gas and the desorbate as a hollow profile adsorber,
  • FIG. 5a shows a sectional side view of an adsorber module inserted in the interior of a cylindrical housing jacket with a supply-side distribution space for the raw gas to be treated and a discharge-side collection space for the clean gas and desorbate,
  • FIG. 5b shows a side view of a hollow profile adsorber4s made up of, for example, two structural units arranged one above the other,
  • FIG. 7 shows a schematic representation of the hollow profile adsorber according to the invention during the regeneration phase with simultaneous heating of the loaded adsorbent in the flow channels.
  • La shows a hollow profile arrangement 7 made of hollow profiles 8 in
  • Form of tubes which is formed from at least two rows of hollow profiles 10 arranged horizontally one above the other.
  • the hollow profiles 8, which are preferably made of stainless steel tube with a length of 2 m, a clear width W of 20 mm and a thickness of 0.5 mm, are in abutment S with their tube jackets 9 along an axis AS perpendicular to the tube axis RA and are firmly connected to one another at least by welded connections SV in the joint S.
  • the material connection can run continuously along the joint S in the longitudinal direction of the pipes.
  • spacers 12 are formed at regular intervals from one another, which alternately engage in the area of the hollow profile rows 10 arranged one above the other in a sawtooth-like manner in the area formed by the offset 11, with the spacer assigned at the beginning and end of the hollow profile row 10 on respective hollow profile 8 is firmly attached so that a displacement of the flow guide and spacer plate 9 is excluded.
  • Wave crests WB of the flow guide and spacer plate 9 are arranged offset to one another on a gap 20, so that flow paths SF arise which force the cross-flow cooling or heating medium K or H to deflect and thereby generate turbulence.
  • An example of a flow path SF is indicated by arrows in FIG. 1c.
  • Adsorber structural unit 1 composed of hollow profile rows 10.
  • the hollow profile rows 10 openly penetrate a head-side base 16 and a downstream-side base 17.
  • the bases 16 and 17 are composed of molded parts 16.1 to 16.n and 17.1 to 17.n, the contour of which is adapted to the shape and dimensions of the hollow profile rows 10, expediently by laser cutting.
  • the molded parts are joined together with the inserted hollow profiles 10 along the contour and materially connected by laser welding or brazing, so that a substantially rectangular apparatus is created, which can optionally be converted into a rectangular or cylindrical housing jacket 2 can be used according to the invention.
  • the joining direction is indicated by an arrow in FIG. 2b.
  • the adsorber unit 1 is used in the interior of a rectangular housing 2 made of stainless steel.
  • the head-side bottom 16 of the adsorber unit 1 is flanged to the front side of the wall 13 of the housing shell 2s, together with a head part 18, so that a distribution space 3a or 3b is created on the inflow side, in which the raw gas loaded with a gaseous harmful and / or useful component is created G enters via a feed line 4.
  • the foot-side floor 17 of the adsorber unit 1 and a foot part 19 flanged on the front side of the wall 13 of the housing shell 2a forms a collecting space 5a or 5b for the clean gas RG which leaves the flow channels 21 of the hollow profile adsorber la or lb and is under adsorption pressure PAD, which is released into the atmosphere via a discharge line 6 of a gas expansion turbine (not shown further) or via an expansion valve to a consumer or as exhaust air.
  • the inflow-side distribution space 3a or 3b is located at the head of the hollow profile adsorber la or lb, whereby the flow direction SRR of the raw gas G runs vertically downward through the adsorber unit 1.
  • the raw gas G can also flow vertically upwards through the adsorber unit.
  • the hollow profiles 8 form vertically aligned adsorbents
  • AM-filled flow channels 21 which connect the distribution space 3a or 3b with the collecting space 5a or 5b with open flow.
  • the hollow profiles 8 are each covered with a removable gas-permeable sieve 22 at the end.
  • the sieve 22 has a mesh size that is selected to be smaller than the smallest particle size of the adsorbent AM filled into the flow channels 21, so that the adsorbent does not get out of the flow channels.
  • the granular adsorbent AM for example activated carbon, forms an elongated column of adsorbent in each of the flow channels 21. Because the Hollow Profiles 8 are precision tubes with slight deviations in their clear width, the amounts of adsorbent filled in hardly differ from hollow profile to hollow profile, so that a uniform turnover is achieved.
  • the flow channels 21 have a clear width W of at least 3 to 120 mm, the particle size of the adsorbent is between 0.6 and 5.0 mm.
  • the flow channels 21 have flow baffles 24, as shown in FIG. 4, which are molded into the wall 25 of the hollow profiles 8 in the form of impressions 26 during their manufacture.
  • the embossments 26 can extend from the wall 25 into the interior of the hollow profile 8 and / or protrude from the wall 25 into the flow space 14.
  • a combination of inwardly projecting into the flow channel 21 and outwardly into the flow spaces 14 is also possible.
  • the expressions are designed as elongated bodies, which are arranged transversely and parallel to the flow direction SRR of the partial flow TG of the raw gas G along the wall 25 of the hollow profiles.
  • the flow baffles 24 have the effect that the raw gas G or flushing gas SG located in the vicinity of the wall is directed into the interior of the flow channel 21 and thus turbulence is generated which largely prevents the access to the edge.
  • the adsorber unit 1 arranged in the interior of the housing 2 is surrounded by a distribution space 15, which is formed between the wall 13 of the housing shell 2 and the adsorber unit 1, for the supply and discharge of a cooling medium K or a heating medium H is.
  • Adjacent rows of hollow profiles 10 form flow spaces 14 with one another, which open into the distribution space 15 so that the cooling medium K or the heating medium H can be passed through the flow spaces 14 in a cross-flow manner.
  • the in the flow spaces 14 The flow guide and spacer plates 9 located on it ensure that turbulences are generated in the cooling or heating medium K or H, which significantly improve the efficiency of the heat exchange during adsorption and desorption. It is also possible to pass the cooling or heating medium through the flow spaces 14 in several ways. In such a case, flow spaces 14 lying parallel to one another are connected to one another, so that the cooling or heating medium K or H is deflected in the distribution space 15.
  • the adsorber unit 1 is arranged in the interior of a cylindrical housing 2.
  • the head-side bottom 16 of the adsorber unit 1 rests on the wall 13 of the housing shell 2a and is together with the head part 18 in the form of a dished bottom and the foot-side bottom 17 of the adsorber unit 1 with the foot part 19 on the front or foot side Wall 13 of the cylindrical housing jacket 2a flanged.
  • the distribution space 3a or 3b and the collection space 5a or 5b are formed by the head part 18 and the foot part 19 with the bottoms 16 and 17 of the adsorber unit 1, respectively.
  • each unit 1 having an inflow-side distribution space 3a or 3b, an outflow-side collecting space 5a or 5b and a distribution space 15 for the cooling and heating medium H or K is provided.
  • the distribution spaces 3a and 3b and the collecting spaces 5a and 5b are flow-connected to one another through the flow channels 9.
  • the number of structural units can thus be easily adapted to the amount of gas to be treated.
  • the raw gas G is by a fan and / or compressor 23 (see
  • the raw gas G is divided into individual substreams TG in the distribution chamber 3a or 3b, one substream each entering a flow channel 21 and flowing through the adsorbent bed AM in a vertically downward direction, the harmful and / or useful component being adsorbed on the adsorbent.
  • the partial flows TG leaving the flow channels 21 as pure gas RG collect in the Collection space 5a and 5b and are discharged via the discharge line 6.
  • FIG. 6 shows the hollow profile adsorber la during adsorption with simultaneous cooling and the hollow profile adsorber lb in the regeneration mode before switching to the adsorption mode, the raw gas flowing through the flow channels 21 in a vertically upward direction.
  • the two distribution spaces 3a and 3b of the hollow profile adsorbers la and lb are each connected by a connecting line 27a and 27b, which are connected to the connecting line by a shut-off valve 28 assigned to the distribution area 3a and integrated into the connecting line 27a and a shut-off valve 28 assigned to the distribution area 3b 27b integrated shut-off valve 29 can be opened or closed.
  • a pressure sensor 30 is arranged in the distribution chamber 3a or 3b, which measures the pressure PG of the raw gas G before the partial flows TG of the raw gas enter the flow channels 21 and forwards the measured values to the control unit 32 via the control line 31.
  • a pressure sensor 33 is arranged in the collecting space 5a or 5b, which continuously measures the pressure PRG of the pure gas RG and transmits the measured values to the control unit 32.
  • the control unit 32 is based on an existing process design that takes into account the type, nature and amount of the pollutant and / or useful component in the raw gas G, the limit values to be achieved for the pollutant concentration in the clean gas, the type of adsorbent and the operating data, setpoints for the Adsorption pressure PAD, the desorption pressure PD and the condensation overpressure PK are specified and stored in this.
  • the adjustment of the adsorption pressure PAD to an overpressure of 1.0 to 60 bar takes place in such a way that the control unit 32 compares the pressure values measured by the pressure sensors 30 and 33 with the specified target value of the adsorption pressure PAD and, if there is a deviation from the target value, the fan and / or the Compressor as well as one in the Connecting line 39a controls integrated pressure control valve 34, which adjusts the adsorption pressure PAD by throttling the outflow of the clean gas so that the adsorption pressure PAD corresponds to the predetermined setpoint.
  • the flow of the raw gas G is indicated by a non-blackened arrow on the supply line 4 and the connecting line 27a.
  • a purge gas line 35 which branches into a supply line 36a for a partial flow of the clean gas as purge gas SG in the connecting line 27a to the distribution chamber 3a of the hollow profile adsorber la and a supply line 36b divides a partial flow of the clean gas as flushing gas SG to the distribution space 3b of the hollow profile adsorber 1b.
  • the two supply lines 36a and 36b each connect in the flow direction after the shut-off valve 28 and 29 in the connecting line 27a or 27b and can be opened or closed by a control valve 37 or 38 controlled via the control unit 32, so that the inflow of purging gas SG can be switched on or off according to the operating state of the hollow profile adsorber la or lb.
  • a connecting line 39a and 39b leads into the discharge line 6 for the clean gas RG.
  • Shut-off valves 40 and 41 are integrated into the connecting lines 39a and 39b, which are connected to the control unit 32 via control lines 31 and can be opened or closed accordingly, the shut-off valve 40 being assigned to the collecting space 5a and the locking valve 41 being assigned to the collecting space 5b.
  • shut-off fittings 28 and 29 are also connected to the control unit 32, which issues the commands for opening or closing the fittings.
  • an inflow-side connecting line 42 for a cooling medium K opens into the peripheral distribution space 15, in which the flow spaces 14 formed between the rows of hollow profiles 10 are open to flow.
  • the cooling medium K enters all open flow spaces 14 at the same time, is swirled and flows around the vertical flow channels 21 and takes the Adsorption heat through heat exchange.
  • the heated cooling medium K is discharged via a discharge line 44a or 44b that can be opened or closed by a shut-off valve 43a or 43b.
  • the direction of flow of the cooling medium is indicated by arrows.
  • a connecting line 47 is provided, which can be opened or closed by shut-off valves 45 and 46, which is connected to a feed line 48.
  • the direction of flow of the heating medium H is indicated by arrows (see also FIG. 7).
  • the connecting line 42 for the two distribution spaces 3a and 3b is connected to a supply line 49 for supplying the cooling medium K, for example water at a temperature of 25 ° C., into the flow spaces 14, the connecting line 42 passing through one in each case the control line 31 with the control unit 32 electrically connected shut-off valve 50 or 51 can be opened or closed.
  • the flow space 14, which is in flow connection with the connecting line 42 is connected to a discharge line 54a, which can be opened and closed by shut-off fittings 52a and 53a, for discharging the cooling medium K and the condensate from the flow spaces 14.
  • the peripheral distribution space 15 is also connected to a discharge line 54b for the condensate and a line for emptying the cooling medium K from the flow spaces 14 of the hollow profile adsorber 1b.
  • a shut-off valve 55a for the condensate H and a shut-off valve 55b for the cooling medium K are integrated into the discharge line 54b.
  • the connecting lines 39a and 39b are interconnected by a
  • Meshed desorbate line 56 which in the flow direction of the pure gas RG integrates into the respective connecting line 39a and 39b upstream of the shut-off valves 40 and 41, the desorbate line 56 being opened or closed by a shut-off valve 57 opposite the connecting line 39a and a shut-off valve 58 opposite the connecting line 39b can.
  • the shut-off valves 57 and 58 receive the actuating commands required for this from the control unit 32.
  • a discharge line 59 branches off between the shut-off valves 57 and 58, which is connected to a vacuum pump 60, which generates an absolute pressure of, for example, 0 in the collecting space 5a or 5b and in the flow channels 21 depending on the harmful and / or useful component , 9 bar generated, so that the desorbed harmful and / or useful component is transported away from the collecting space 5a or 5b in the suction flow with the flushing gas SG.
  • the direction of flow of the desorbate DS is indicated by an arrow with a point (see also FIG. 7).
  • the pressure side of the vacuum pump 60 is with one through one with
  • Water-cooled heat exchanger 61 connected, in which the sucked harmful and / or useful component in the desorbate DS condenses by cooling and the condensate is discharged via a condensate drain 62 connected to the heat exchanger 61.
  • the gas leaving the heat exchanger 61 is passed as return gas GR with a residual charge above the respective VOC limit value via a return gas line 63 in the direction of flow upstream of the fan 23 into the supply line 4 of the hollow profile adsorber la or lb, which is in adsorption, with one being fed into the return gas line 63
  • Integrated pressure control valve 64 throttles the pressure of the return gas GR, so that the condensation of the harmful and / or useful components in the heat exchanger 60 can take place at an overpressure of 0.1 to 5.0 bar.
  • the direction of flow of the return gas GR is indicated by arrows.
  • the shut-off valve 28 is open and the shut-off valve 29 assigned to the distribution space 3b is closed.
  • the shut-off valve 40 in the connecting line 39a assigned to the collecting space 5a is open and the shut-off valve 41 belonging to the collecting space 5b is closed.
  • shut-off valve 50 in the connecting line 42 and the shut-off valve 43a in the discharge line 44a are open, whereas the shut-off valve 51 in the connection line 42 to the hollow profile adsorber lb, the shut-off valves 52a and 53a in the discharge line 54a from the hollow profile adsorber lb, the shut-off valve 45 belonging to the heater H in the connecting line 47 are closed.
  • the raw gas G thus reaches the distribution chamber 3a, divides into partial flows TG, which, for example, flow vertically upwards into the flow channels 21 filled with adsorbent AM.
  • the harmful and / or useful components in the raw gas G are adsorbed on the adsorbent AM and the concentration front that forms moves vertically upwards through the adsorbent column of the respective flow channel 21 until the concentration front breaks through, ie the harmful and / or useful component in the collecting space 5a or 5b is detectable in measurable quantities.
  • gas sensors 65 connected to the control unit 32 are provided to detect the breakthrough, which are arranged in the distribution space 3a or 3b and in the collecting space.
  • the gas sensors 65 determine the input concentration of the harmful and / or useful component in the distribution chamber 3a or 3b and the output concentration in the collecting chamber 5a or 5b and transfer this information to the control unit 32, which evaluates the data and the corresponding control commands for opening the shut-off valve 29 in the connecting line 27b and closing the shut-off valve 28 in the connecting line 27a in the connecting line 27b, so that the raw gas G is directed to the previously regenerated hollow profile adsorber lb.
  • the hollow profile adsorber lb is in the desorption state.
  • the cooling water located in the flow spaces 14 of the hollow profile adsorber is first emptied via the open shut-off valve 55a in the discharge line 54b.
  • the shut-off valve 29 is in the connection line 27b, the shut-off valve 57 in the desorbate line 56, the shut-off valve 41 in the connection line 39b, the shut-off valve 51 in the inflow-side connection line 42 for the cooling medium K, the shut-off valve 55a in the discharge line 54b for the cooling medium K and the condensate H and the shut-off valve 43b in the discharge line 44b on the outflow side are closed while the control valve 38 in the supply line 27b for the flushing gas SG, the shut-off valve 46 in the connecting line 47 for the heating medium H, the shut-off valve 55b and the pressure control valve 64 in the return gas line 63 are open.
  • a partial flow of the clean gas RG arrives as flushing gas SG via the flushing gas line 35 and the supply line 27b in the distribution chamber 3b and splits into partial flows TS which enter the open flow channels 9, where the flushing gas SG comes into contact with the loaded adsorbent AM.
  • the direction of flow of the flushing gas SG is indicated by black dots in FIG. 7.
  • the heating medium H in this case water vapor, flows through the peripheral distribution space 15 and enters the flow spaces 14, which open into the peripheral distribution space 13 so that the heating medium H absorbs the saturated adsorbents AM and AM in the flow channels 21 the upward flowing purge gas SG flows around and indirectly heats up.
  • the adsorbent located in flow channels and saturated with the harmful and / or useful component is heated until the harmful and / or useful component is desorbed.
  • the desorption temperature depends on the regulated absolute pressure and the material properties of the harmful and / or useful component to be removed.
  • the pressure sensors 30 and 33 arranged in the distribution chamber 3a and 3b and in the collecting chamber 5a and 5b, the pressure psG of the inflowing purge gas SG and the pressure PDS of the outflowing desorbate DS are measured, which is caused by the negative pressure pv of the vacuum pump 65 in the suction flow from the Collection space 5a or 5b is transported away.
  • the pressure sensors 30 and 33 transmit the measured values of the pressure to the control unit 32.
  • the adjustment of the desorption pressure PD to an absolute pressure (negative pressure) of 0.01 to 1.0 bar takes place in such a way that the control unit 32 matches the pressure values transmitted by the pressure sensors 30 and / or 33 with a predetermined setpoint value of the desorption pressure stored in the control unit 32 PD compares and, if there is a deviation from the setpoint, controls the vacuum pump 60 and a control valve 38 or 37 upstream of the distribution chamber 3a or 3b, which adjusts the flow of flushing gas SG into the distribution chamber 3a or 3b so that the desorption pressure P D corresponds to that in the The setpoint stored in the control unit corresponds to an absolute pressure of 0.01 to 1.0 bar.
  • the desorbate DS collects in the collecting space 5b and is through the Vacuum pump 60 sucked in and conveyed on the pressure side via the discharge line 59 into a heat exchanger / condenser 61, in which the harmful and / or useful component is condensed by cooling and discharged via a condensate drain 62 for further use.
  • the condensation of the harmful and / or useful component is carried out in such a way that the return gas pressure PGR of the return gas GR is measured with a pressure sensor 66 after it has left the heat exchanger / condenser 61 and the measured values are transferred to the control unit 32.
  • the adjustment of the condensation overpressure rk to an overpressure of 0.1 to 5 bar in the heat exchanger / condenser 61 takes place in such a way that the control unit 32 compares the measured value transmitted by the pressure sensor 66 with the specified target value of the condensation overpressure rk and if it deviates from the target value adjusts the pressure regulating valve 64 so that the condensation overpressure rk in the heat exchanger / condenser 61 corresponds to the setpoint stored in the control unit 32.
  • the control unit 32 connected to the gas sensor 65 issues control commands to the shut-off valve 46 and the control valve 38 to close, so that on the one hand the heat exchange between the heating medium H and the adsorbent and on the other hand the supply of purge gas SG is interrupted.
  • the adsorbent is thus activated.
  • the hollow profile adsorber lb is ready for a new adsorption process.
  • Purge gas SG serves exclusively as a transport medium for the desorbed harmful and / or useful component and has no heating function for the adsorbent and, on the other hand, the desorption energy to be applied for desorption by a indirect heat exchange of the heating medium H with the adsorbent AM filled in the flow channel 21 is applied at the point where it is needed.
  • Another advantage is that the desorption can be carried out at an absolute pressure, for example 0.9 bara, and the condensation can be carried out under pressure, for example 1.0 barg.
  • the negative pressure in the flow channels 21 is set by regulating the supply of purge gas SG via the control valves 37 and 38, which are connected to the control unit 32, which outputs the control commands to the control valves depending on the detected deviations from the setpoints.
  • a solvent processing company has an exhaust air purification system to remove solvents that are used, for example, in the coating of foils, and to clean the exhaust air accordingly.
  • free emissions can occur in the production hall, which are led to the exhaust air purification system with suction devices in order to guarantee compliance with the maximum workplace concentration in the hall.
  • This exhaust air from the production hall is to be cleaned or treated with the method according to the invention.
  • Desorption pressure PD ⁇ 100 mbar condensation overpressure rk: min.5.0 bar adsorbent: approx. 65 kg activated carbon, 1.0 to 4.0 mm length of the flow channels: 1,000 mm clear width of the flow channels: 20 mm
  • Heating medium hot water, 90 ° C desorption pressure PD: ⁇ 100 mbar desorption temperature: approx. 85 ° C required desorption energy: approx. 7.5 kW flushing gas: partial flow of the pure gas (cleaned exhaust air)
  • the process according to the invention proceeds as follows.
  • the untreated exhaust air with a low pollutant concentration of 350 mg / m 3 acetone is compressed as raw gas G by the compressor 23 to an absolute pressure of 5.0 bar and via the supply line 4 into the distribution chamber 3a or 3b of the cross-flow plate heat exchanger la or lb promoted.
  • the compression increases the pollutant concentration in the raw gas G to 1.4 g / m3 acetone, which results in improved adsorption on the activated carbon.
  • the hollow profile adsorber la or lb consists of a package of several parallel spaced-apart rows of hollow profiles which form flow channels 21, which are directed vertically upwards and filled with adsorbent AM.
  • the vertical flow channels 21 are flowed around by a cooling or heating medium in a cross flow, whereby the mass transfer taking place in the flow channel 21 on the adsorbent AM in indirect heat exchange with the cooling medium K so that the compression heat generated in the compressor can be dissipated without an additional pre-cooler.
  • Activated carbon with a particle size of 1.0 to 4 mm is used as the adsorbent, which is poured into the flow channels 21 of the hollow profiles 8.
  • the flow chicanes 24 arranged in the flow channels 21 also counteract the marginal accessibility in the flow channels 21 by generating turbulence.
  • the compressed exhaust air is relaxed behind the pressure control valve 34 and leaves the hollow profile adsorber according to the invention via the discharge line 6 as pure gas G with a pollutant concentration of ⁇ 50 mg / m 3 acetone.
  • the activated carbon in the flow channels 21 is charged for a total of 50 minutes.
  • the previously regenerated hollow profile adsorber lb is switched on and the regeneration of the loaded hollow profile adsorber lb begins.
  • hot water at a temperature of 90 ° C. flows around the flow channels 21 of the hollow profile adsorber in a cross flow.
  • the flushing gas SG is fed to the flow channels 21 by means of the vacuum pump 60 and the control valve 38 and the desorption pressure pD is regulated to ⁇ 100 mbar.
  • the regeneration of the activated carbon takes 40 minutes.
  • the energy consumption for the 40-minute regeneration is 7.5 kW.
  • the acetone accumulating in the condenser 61 at a condensation overpressure pv of 5.0 bar can be fed back into the production process as recyclate.
  • exhaust air can also be mixed with others
  • Solvents for example gasoline, toluene, dichloromethane, ethanol, to name just a few common pollutants, can be processed in a similar form.
  • the residual concentrations achieved with the method according to the invention correspond to the current legal requirements, for example at 20 mg / m 3 or 50 mg / m 3 .
  • direct heat exchange it is possible to use the flushing gas SG for the removal of the desorbed solvents, to increase the solvent concentration in the flushing gas SG by regulating the flow of flushing gas in a freely adjustable manner and to recover the solvent free of water.
  • Natural gas LNG
  • the C02 contained in the pipeline natural gas must be reduced to a value below 50 ppmv before liquefaction.
  • the amount of flushing gas SG (purified natural gas) required for regeneration should reach a minimum
  • Adsorbent Molecular sieve 5A, 1.6 to 2.5 mm Required outlet concentration: ⁇ 50 ppmv CO2 Duration of adsorption: approx. 120 minutes
  • Heating medium Hot water, 95 ° C desorption pressure PD: ⁇ 100 mbar Regeneration time: 60 minutes
  • Purge gas Pure gas (purified natural gas)
  • Cooling medium cooling water with 25 ° C cooling: 45 minutes
  • the process according to the invention is carried out as described in Example A. Since the pipeline natural gas is under pressure, the compression by a compressor can be dispensed with and the raw gas G (natural gas) can be conveyed with the fan 23 into the distribution space 3a or 3b.
  • the particular advantage here is the significantly improved C02 adsorption on the molecular sieve under a pressure of 50 bar.
  • the amount of flushing gas SG required for regeneration can be reduced to approx. 1% of the amount of raw gas (natural gas) used.
  • the required amount of regeneration gas at normal pressure would, however, be approx. 36% of the amount of natural gas used. An economical operation of such a fixed bed adsorber would therefore only be possible to a limited extent.
  • Purge gas SG Direction of flow of the partial flows TG of the raw gas SRR

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Hohlprofiladsorber mit Strömungskanälen aus mindestens zwei Hohlprofilreihen von in Längsrichtung untereinander stoffschlüssig verbundenen Hohlprofilen mit einer lichten Weite von mindestens 10 bis maximal 120 mm zum Behandeln eines mit Schad- und/oder Nutzkomponenten belasteten Rohgases. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) In den Hohlprofilen werden in den Teilströmen des Adsorptionsstroms während der Adsorption, sowie außerhalb davon im Kreuzstrom werden im Kühl- bzw. Heizmedium Turbulenzen erzeugt. b) Einregeln des Adsorptionsdruck auf erhöhten Druck (Überdruck von 0,1 bis 60,0 bar). c) Einregeln des Desorptionsdrucks auf einen Absolutdruck von 0,01 bis 1,0 bar. d) Einregeln eines Kondensationsüberdrucks während der Kondensation der desorbierten Substanz in einem Wärmetauscher/ Kondensator auf einen Überdruck von 1,0 bis 5,0 bar.

Description

Verfahren und Hohlprofiladsorber zum Behandeln eines mit Schad- und/oder Nutzkomponenten belasteten Gases
Beschreibung
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln eines mit mindestens einer gasförmigen Schad- und/oder Nutzkomponente belasteten Rohgases, bei dem das von einem Gebläse und/oder Verdichter unter einem erhöhten Adsorptionsdruck gesetzte Rohgas über einen zuströmseitigen Verteilraum eine Vielzahl von aus offenendigen, mit Adsorptionsmittel gefüllten Strömungskanälen in parallel aufgeteilten Teilströmen solange durchströmt, bis das Adsorptionsmittel durch Adsorption mit der Schad- und/oder Nutzkomponente gesättigt ist, wobei die bei der Adsorption entstehende Wärme durch ein im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen geführtes Kühlmedium indirekt abgeführt wird, und die Teilströme nach ihrem Verlassen der Strömungskanäle in einem abströmseitigen Sammelraum zusammengeführt und als Reingas über eine Reingasleitung abgeführt werden, sodann das in den Strömungskanälen befindliche gesättigte Adsorptionsmittel regeneriert wird, indem das Adsorptionsmittel einem unter dem Adsorptionsdruck des Rohgases liegenden Desorptionsdruck ausgesetzt und gleichzeitig durch ein im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen geführtes Heizmedium indirekt erhitzt wird bis die Schad- und/oder Nutzkomponente desorbiert, die zusammen mit einem Spülgas als aufgeheiztes Desorbat abgeführt wird, wobei eine Steuereinheit in Abhängigkeit der Beladung des Adsorptionsmittels die Strömungskanäle des einen Adsorbers vom Adsorptions- in den Regenerationszustand oder umgekehrt auf einen weiteren Adsorber umschaltet,
[0002] Die Erfindung betrifft weiterhin einen Hohlprofiladsorber mit einer
Vielzahl von aus Hohlprofilen gebildeten Strömungskanälen und zu diesen im
Bestätigungskopie Kreuzstrom verlaufende Strömungsräume, wobei die mit Adsorptionsmittel befüllten Strömungskanäle für den Durchtritt des in Teilströme aufgeteilten Rohgases in einen zuströmseitigen, an eine Zuführleitung angeschlossenen, Verteilraum und einen abströmseitigen an eine Reingasleitung angeschlossenen Sammelraum münden, die durch die Strömungskanäle durchströmungsoffen verbunden sind, und die Strömungsräume in einen die Strömungskanäle umschließenden Verteilraum für das Zu- und Abführen eines Kühl- oder Heizmediums zum indirekten Kühlen oder Heizen des Adsorptionsmittels durchströmungsoffen münden, und mit einer Steuereinheit, die den mit der Schad- und/oder Nutzkomponente beladenen Hohlprofiladsorber aus dem Adsorptions- in den Regenerationszustand oder umgekehrt umschaltet.
Stand der Technik
[0003] Schadstoffe in Gasen an Adsorbentien zu adsorbieren und diese für einen neuen Adsorptionsvorgang zu regenerieren, gehören seit langem zum Stand der Technik. Zum Einsatz kommen hauptsächlich Adsorbentien in Form von Schüttungen aus Aktivkohle, Silica-Gel, Aluminiumoxid-Gel oder Molekularsiebe, die beispielsweise in einer vom zu reinigenden Gas durchströmten Schüttung (DE 35 05 351 Al, DE 197 54 185 CI, DE 198 09 200 Al), oder einer Bettanordnung des Adsorbens zwischen Wärmeaustauscherplatten (DE 103 61 515 Al, EP 2 718 086 Bl, EP 1 284 813 Bl, DE 603 17 545 A2) vorliegen.
[0004] Bei der klassischen Adsorption durchströmt das zu reinigende Gas den mit Adsorptionsmittel gefüllten Adsorber, wobei das Adsorptionsmittel den Schadstoff adsorbiert und durch die Adsorption Wärme entsteht, die bei herkömmlichen Adsorbern nicht abgeführt werden kann. Das zu reinigende Gas wird deshalb vor Eintritt in den Adsorber gekühlt.
Während der Adsorption entsteht im Adsorber daher ein Temperaturprofil, d.h. bei abwärts gerichteter Strömungsrichtung des Gases durch die Adsorptionsmittelschüttung werden die oberen Schichten der Schüttung durch das eintretende Gas gekühlt und die unteren Schichten durch die freiwerdende Adsorptionswärme erwärmt. Grundsätzlich adsorbiert ein Stoff bei höherer
Temperatur schlechter und die maximal mögliche Beladung des Adsorptionsmittels mit der adsorbierten Schadkomponente nimmt mit steigender Temperatur ab. Dies limitiert die Leistung der Festbettadsorber deutlich.
Das sich während der Adsorption von Lösemitteln ausbildende Temperaturprofil aus VOC -belasteter Abluft begünstigt außerdem die Ausbildung von brandgefährdenden Hotspots in der Aktivkohleschüttung, die zu einer Selbstentzündung der Aktivkohle führen können.
Bei der Regeneration wird bekanntlich in das beladene Adsorptionsmittel ein zuvor aufgeheiztes Regenerationsgas eingeleitet, welches das Adsorptionsmittel auf eine Temperatur erhitzt, bei dem der Schadstoff oder die Nutzkomponente desorbiert.
Die Regeneration mit Gas ist aufgrund der relativ geringen Wärmekapazität des Gases aus energetischer Sicht unvorteilhaft. Alle Apparate, Rohrleitungen und Armaturen werden vom erhitzten Regenerationsgas aufgeheizt, bevor die Wärme das Adsorptionsmittel entsprechend aufheizen kann. Dies verursacht hohe Betriebskosten durch die aufzuwendende Verlustenergie.
[0005] Aus der DE 1 272 891 B ist ein Verfahren zum Reinigen von Gasen durch Adsorption unter Druck an zeolithischen Molekularsieben bekannt. Die zu reinigenden Gase werden durch eine Molekularsiebschicht unter hohem Druck geleitet bis die Adsorptionsfront der Verunreinigungen eine vorbestimmte Stelle der Molekularsiebschicht erreicht hat, wobei ein gewisser Teil der Molekularsiebschicht frei von Adsorbat bleibt. Die Zufuhr der zu reinigenden Gase wird dann unterbrochen und der Druck in der Molekularsiebschicht wird durch Entspannung am Ende der Schicht im Gleichstrom vermindert bis die die Adsorptionsfront das Austrittsende der Molekularsiebschicht erreicht hat. Abschließend erfolgt die Desorption der Verunreinigungen. Adsorptionsmittel wie Aktivkohle und Kieselsäuregel sind nach diesem Stand der Technik ungeeignet für die Adsorption unter hohem Druck, weil bei niedrigem Partialdruck das Adsorptionsvermögen von Aktivkohle und Kieselsäuregel zu gering ist, um wirtschaftlich eingesetzt werden zu können.
Dieser Stand der Technik schlägt des Weiteren die Desorption der adsorbierten Verunreinigungen vom im Festbett angeordneten Adsorptionsmittel durch das Abstreifen mit einem Spülgas, das Verdrängen mit einem bevorzugt adsorbierten Material, das Erhitzen des Adsorptionsmittels auf eine Temperatur oberhalb der Adsorptionstemperatur auf direkten oder indirekten Weg oder auf einen Druck unterhalb des Adsorptionsdrucks vor. [0006] Wird Aktivkohle als Adsorptionsmittel bei der
Lösemittelrückgewinnung eingesetzt, erfolgt die Regeneration der Aktivkohle meistens durch eine Direktbedampfung der Aktivkohle mit heißem Wasserdampf, wodurch neben den Wärmeverlusten zusätzlich eine Verunreinigung der Lösemittel durch den Dampf eintritt. Des Weiteren muss vor einer Wiederverwendung des Lösemittels die Wasserphase aus dem Lösemittel entfernt werden, was wiederum einen hohen energetischen und apparativen Aufwand verursacht.
[0007] Neben der Anordnung der Adsorptionsmittel als Schüttung im Festbett oder der Anordnung der Adsorptionsmittel zwischen Wärmeaustauscherplatten ist auch die Aktivkohle -Befüllung von Rohren in einem Rohrbündel mit Kreisringquerschnitt (DE 37 29 517 Al) bekannt, wobei konzentrisch zu dem Rohrbündel eine Kühlung führende zylindrische Rohrschlage und im Zentrum des Rohrbündels und/oder Rohrschlage eine elektrische Heizeinrichtung angeordnet ist.
[0008] Weiterhin ist aus der DE 198 09 200 Al ein Apparat, insbesondere für die Verwendung als chemischer Reaktor und/oder Adsorber und/oder Regenerator bekannt, der im Wesentlichen zylindersymmetrisch um eine Vorzugsachse aufgebaut ist und wenigstens zwei Schüttungen aus Teilchen enthält, die katalytisch und/oder adsorptiv und/oder wärmespeichernd wirken. Der Apparat weist Mittel zum Zu- und Abführen von gasförmigen oder flüssigen Medien auf, die jeweils den voneinander abgewandten und den einander zugewandten Enden der Schüttungen zugeordnet sind.
[0009] Darüber hinaus sind Verfahren und Vorrichtungen zur Reinigung oder
Trocknung von Gasen bekannt, in denen Rohrbündelwärmeaustauscher oder Rohranordnungen aus parallel angeordneten voneinander beabstandeten Rohren eingesetzt werden, die mit Adsorptionsmittel gefüllt sind.
[0010] In der EP 1 975 539 A2 ist ein Wärmeaustauscher oder chemischer
Reaktor offenbart, der einen Wärmeaustauschkörper umfasst, welcher einen Fluidströmungskanal oder mehrere Fluidströmungskanäle definiert, und einen entfernbaren Einsatz aufweist. Der Einsatz umfasst eine Reihe von Kontaktplatten, die entlang einer gemeinsamen Achse gestapelt sind und eine Presspassung in einen der Strömungskanäle aufweisen, wodurch sekundäre Wärmeaustauschflächen in thermischem Kontakt mit den Primärwandflächen vorgesehen sind.
[0011] Nach diesem Stand der Technik gibt es zwei grundlegende Systeme, einen Katalysator oder ein Adsorbent in einen vom Prozessfluid durchströmten Strömungskanal einzubringen. Die erste Möglichkeit besteht darin, den Katalysator oder Adsorbent als geträgerte Schicht im Strömungskanals anzuordnen (EP 1 195 193 Bl, EP 1 361 919 Bl, EP 1 430 265 Bl, DE 11 2006 000 447 T5, EP 1 434 652 Bl, WO 03/095924 Al). Die Partikelgröße in diesen Fällen liegt bei weniger als 0,15 mm, so dass dieser Lösungsansatz für Strömungskanäle mit geringen Querschnitten und geschlossenen Strömungskanälen von Plattenwärmeaustauschern geeignet ist. Bei der zweiten Möglichkeit wird der Katalysator oder das Adsorptionsmittel als eine Schüttung oder Packung in einen relativ offenen ungehinderten Strömungsdurchgang mit größeren Strömungsquerschnitten eingebracht (WO 2006/075 163 A2). Die verwendeten Partikelgrößen liegen hier bei mehr als 2 bis 3 mm. Ist die Katalysatorpackung verbraucht, muss diese aus den Strömungskanälen entfernt werden, indem die Packung durch einen in den Strömungskanal eingeführten Stab gedrückt wird.
[0012] Beide Systeme sind mit gravierenden Nachteilen verbunden. Das erste
System ist aufgrund seines komplizierten konstruktiven Aufbaus gewissermaßen ein Einwegsystem, weil der Katalysator bzw. das Adsorptionsmittel nach ihrem Verbrauch nur mit verhältnismäßig hohem technischem Aufwand entfernt werden können oder der Apparat sogar verschrottet werden muss.
Beim zweiten System ist eine Verblockung einzelner Strömungskanäle durch die in den Strömungskanälen befindliche Adsorptionsmittelschüttung sowohl während der Adsorption als auch der Regeneration nicht sicher auszuschließen, so dass eine ungleichmäßige Beladung des Adsorptionsmittels die Folge ist, die dazu führt, dass die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beeinträchtigt wird. Bei der Desorption kann die Restbeladung aus dem Adsorptionsmittel des verblockten Strömungskanals nicht vollständig ausgetrieben werden und die
Adsorptionskapazität für die folgende Adsorptionsphase reduziert sich entsprechend der Restbeladung, sofern der verblockte Strömungskanal wieder strömungsdurchgängig gemacht werden konnte. Außerdem erhöht sich der Verbrauch #an ungenutztem Adsorptionsmittel, was die Betriebskosten des Verfahrens erhöht. Ein weiterer nicht zu vernachlässigender Nachteil besteht darin, dass insbesondere die mit Adsorptionsmittel gefüllten Strömungskanäle mit kleinen
Querschnittsflächen zur Randgängigkeit des Gases am Adsorptionsmittel vorbei neigen, weil die Strömungsgeschwindigkeit in Wandnähe ein Maximum erreicht, die lokal zu einem erhöhten Stoff- und Wärmeübergang und damit zu einem verfrühten Durchbruch der Adsorptionsfront in Wandnähe führt.
Für kleine Querschnitte der Strömungskanäle konnten sich deshalb
Rohrbündelwärmeaustauscher als Adsorptionsapparate im großtechnischen Maßstab nicht durchsetzen.
Aufgabenstellung
[0013] Bei diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Adsorber bereitzustellen, mit denen es möglich ist, im großtechnischen Maßstab Hohlprofilanordnungen mit schlanken Strömungskanälen zum Behandeln eines mit mindestens einer gasförmigen Schad- und/oder Nutzkomponente belasteten Rohgases einzusetzen, indem die Verlustenergie beim Adsorbieren und Regenerieren reduziert, die Geschwindigkeit und Qualität des Regenerationsprozesses erhöht sowie die Randgängigkeit des Rohgases am Adsorptionsmittel vorbei unter gleichzeitiger Erhöhung der Wirtschaftlichkeit und Sicherheit weitgehend vermieden wird.
[0014] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruches 1 und durch einen Hohlprofiladsorber mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
[0015] Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des Hohlprofiladsorbers sind den Unteransprüchen entnehmbar.
[0016] Der erfindungsgemäßen Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, für den
Stoffaustausch zwischen einer Schad- und/oder Nutzkomponente eines Rohgases und dem Adsorptionsmittel kleinquerschnittige, schlanke Strömungskanäle einer mit Adsorptionsmittel gefüllten Hohlprofilanordnung zu verwenden und gleichzeitig den Wärmeaustausch mit dem Adsorptionsmittel bei der Adsorption und Regeneration durch die Aufteilung des Rohgases und des Spülgases in Teilströme effektiver zu gestalten sowie die Teilströme des Spülgases ausschließlich als Transportgas für die Schad- und/oder Nutzkomponente zu nutzen.
[0017] Dies wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durch ein Verwenden von Strömungskanälen aus mindestens zwei Hohlprofilreihen von in Längsrichtung untereinander stoffschlüssig verbundenen Hohlprofilen mit einer lichten Weite von mindestens 10 bis maximal 120 mm, in den Strömungskanälen positionierte Strömungsschikanen und in den Strömungsräumen befindliche Strömungspfade für das Kühl· und Heizmedium bildende Strömungsleit· und Abstandsbleche in folgenden Schritten erreicht: a) gleichzeitiges Erzeugen von Turbulenzen in den Teilströmen des Rohgases innerhalb der Strömungskanäle und im Kühlmedium innerhalb der Strömungsräume während der Adsorption bzw. den Teilströmen des Spülgases in den Strömungskanälen und im Heizmedium in den Strömungsräumen während der Regeneration, b) Einregeln des Adsorptionsdruckes in den Strömungskanälen während der Adsorption durch Drosseln des Abflusses an Reingas aus dem Sammelraum auf einen Überdruck von 0,1 bis 60,0 bar, c) Einregeln des Desorptionsdruckes in den Strömungskanälen während der Regeneration durch Drosseln des Zuflusses an Spülgas in den Verteilraum auf einen Absolutdruck von 0,01 bis 1,0 bar unter Aufrechterhaltung eines am Sammelraum saugseitig anliegenden Unterdrucks einer Vakuumpumpe, d) Einregeln eines Kondensations-Überdruckes beim Trennen des durch die Desorption aufgeheizten Desorbats in einem Wärmeaustauscher/Kondensator mittels Kondensation in die Schad- und/oder Nutzkomponente und ein Rückgas auf einen Überdruck von 0,1 bis 5,0 bar durch Drosseln des Abflusses an Rückgas aus dem Wärmeaustauscher/Kondensator.
[0018] Die Turbulenzen im Rohgas und im Spülgas werden nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Strömungsschikanen erzeugt, die als Ausprägungen senkrecht und/oder quer zur Strömungsrichtung in der Wandung des Hohlprofils gleichzeitig mit der Herstellung der Hohlprofile ausgebildet werden, wobei die Ausprägungen nach innen in den Strömungskanal und/oder nach außen in den Strömungsraum ausgerichtet sein können. Die erzeugten Turbulenzen wirken der Randgängigkeit entlang der Wandung der Strömungskanäle entgegen und haben außerdem den Vorteil, dass das Kühl oder Heizmedium von den nach außen in die Strömungsräume gerichteten Ausprägungen direkt an der Oberfläche verwirbelt wird und so den Wärmeaustausch deutlich verbessert.
[0019] Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Turbulenzen im Kühl· oder Heizmedium durch in den Strömungsräumen zwischen den Hohlprofilreihen positionierte Strömungsleit· oder Abstandbleche erzeugt, wobei das Kühlmedium während der Adsorption oder das Heizmedium während der Regeneration im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen ein- oder mehrgängig geführt werden kann.
Für den Fall, dass das Kühl· oder Heizmedium mehrgängig geführt werden soll, werden benachbarte Strömungsräume wechselweise miteinander verbunden, wodurch das Kühl· oder Heizmedium von Strömungsraum zu Strömungsraum umgelenkt wird. Durch die Strömungsleit· und Abstandsbleche in den Strömungsräumen zwischen den Hohlprofilreihen wird eine ständige Umlenkung des an den Strömungskanälen vorbeiströmenden Kühl· oder Heizmediums erzwungen, so dass der indirekte Wärmeaustausch mit dem Adsorptionsmittel eine hohe Effektivität erreicht. Gleichzeitig stellen die Strömungsleit· und Abstandsbleche einen genauen Abstand der über· oder untereinanderliegenden Hohlprofilreihen sicher und ermöglichen eine stabile und kompakte Bauweise.
[0020] In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Adsorptionsdruck derart eingeregelt, dass der Druck des Rohgases im Verteilraum und der Druck des Reingases im Sammelraum durch mit der Steuereinheit verbundene Drucksensoren gemessen werden, die Steuereinheit die Messwerte mit einem vorgegebenen, in der Steuereinheit hinterlegten Sollwert für den Adsorptionsdruck vergleicht und bei Abweichung das Gebläse und/oder Verdichter und ein dem Sammelraum nachgeordnetes Druckregelventil ansteuert, welches den Abfluss an Reingas aus dem Sammelraum derart einstellt, dass der Adsorptionsdruck dem Sollwert für den Adsorptionsdruck entspricht.
Diese Regelungsweise ermöglicht es, den Adsorptionsdruck in den Strömungskanälen genau und sicher einzuhalten. [0021] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Desorptionsdruck derart eingeregelt, dass der Druck des Spülgases im Verteilraum und der anliegende Druck der Vakuumpumpe im Sammelraum durch mit der Steuereinheit verbundene Drucksensoren gemessen werden, die Steuereinheit die Messwerte mit einem vorgegebenen, in der Steuereinheit hinterlegten Sollwert für den Desorptionsdruck vergleicht und bei Abweichung die dem Sammelraum nachgeordnete Vakuumpumpe und ein dem Verteilraum vorgeordnetes Regelventil ansteuert, welches den Zufluss an Spülgas in den Verteilraum derart einstellt, dass der Desorptionsdruck dem Sollwert für den Desorptionsdruck entspricht.
Vor Vorteil ist, dass der Desorptionsdruck in den Strömungskanälen durch das Zusammenwirken von Vakuumpumpe und Regelventil exakt eingehalten werden kann.
[0022] Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahren wird der der Kondensations-Uberdruck derart eingeregelt, dass der Druck des Rückgases nach Verlassen des Wärmeaustauschers/Kondensators durch einen mit der Steuereinheit verbundenen Drucksensor gemessen wird, die Steuereinheit den Messwert mit einem vorgegebenen, in der Steuereinheit hinterlegten Sollwert für den Kondensations - Überdruck vergleicht und bei Abweichung ein dem Wärmeaustauscher/Kondensator nachgeordnetes Druckregelventil ansteuert, welches den Abfluss an Rückgas derart einstellt, dass der Kondensations-Überdruck dem Sollwert für den Kondensations- Überdruck entspricht.
Dies ermöglicht die genaue Einhaltung des Überdruckes während der Kondensation.
[0023] In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird als Spülgas Reingas oder Inertgas verwendet, das in Teilströme während der Regeneration aufgeteilt wird, wobei je ein Teilstrom in jeweils einen mit gesättigtem Adsorptionsmittel gefüllten Strömungskanal geleitet wird, diesen durchströmt und die desorbierte Schad- und/oder Nutzkomponente aus dem Adsorptionsmittel in den Sammelraum austrägt und zum Desorbat aus Spülgas und Schad- und/oder Nutzkomponente zusammengeführt wird.
Dadurch, dass die Teilströme des Spülgases nur noch Transportfunktion wahrnehmen, wird eine hohe Energieeffizienz während der Regeneration erreicht. Vorteilhafterweise kann von dem durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugte Reingas ein Teilstrom abgeteilt und als Spülgas verwendet werden. Im Fall, dass stattdessen Inertgas eingesetzt wird, ist ein entsprechender Speicher vorzusehen, von dem das Inertgas als Spülgas zugeführt wird. Alternativ dazu kann das Inertgas auch einem Versorgungsnetzwerk entnommen werden. Als Inertgas kommt vorzugsweise Stickstoff zum Einsatz.
[0024] Nach einer vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen
Verfahrens werden Hohlprofile in Form von Rohren, Rechteck- oder Kastenprofilen aus dünnem Edelstahl-, Kupfer,- oder Aluminiumblech mit einer lichten Weite zwischen 3 bis 120 mm, einer Länge von 1 bis 2 m und einer Wanddicke von 0,2 bis 3 mm verwendet
Benachbarte Hohlprofile werden entlang einer zur Längsachse der Hohlprofile parallel verlaufenden Achse an ihrer äußeren Wand miteinander durch Laserlinienschweißen, Punktschweißen oder Hartlöten zu einer Hohlprofilreihe verbunden, wobei mehrere Hohlprofilreihen über- oder untereinander auf Lücke versetzt im Abstand voneinander angeordnet sind und zwischen sich jeweils einen Strömungsraum bilden, sodass das Kühlmedium während der Adsorption oder das Heizmedium während der Regeneration im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen ein- oder mehrgängig geführt werden kann.
Als Kühlmedium kann Wasser oder Wasser-GlykohGemische und als Heizmedium Wasserdampf, heißes Wasser oder heiße Gase verwendet werden.
[0025] Eine weitere Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die verflüssigte Schad- und/oder Nutzkomponente über einen Kondensatablass abgeführt sowie das den Wärmeaustauscher verlassende Rückgas dem Rohgas zugemischt wird.
[0026] Die weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass als Adsorptionsmittel Schüttungen aus Aktivkohlegranulat, Aluminiumoxid- Gel, Silica-Gel, Molekularsiebe oder deren Gemische verwendet werden.
[0027] Die Lösung der Aufgabe wird mit dem erfindungsgemäßen
Hohlprofiladsorber dadurch erreicht, dass die Hohlprofile in mindestens zwei übereinander auf Versatz liegende Hohlprofilreihen zusammengefasst sind, die durch in den Strömungsräumen für das Kühl- oder Heizmedium angeordneten Strömungsleit- und Abstandsbleche voneinander beabstandet sind, wobei die Hohlprofile parallel nebeneinander entlang einer zur Längsachse der Hohlprofile senkrecht verlaufenden Achse auf Stoß liegen und im Stoß miteinander zumindest punktweise stoffschlüssig verbunden sind und dass die Strömungskanäle eine lichte Weite von mindestens 10 bis maximal 120 mm haben und im Inneren Strömungsschikanen zum Erzeugen von Turbulenzen aufweisen, und dass der zuströmseitige Verteilraum mit einer Spülgasleitung zum Zuführen des in Teilströmen aufgefächerten Spülgases und dessen Einleitung in die Strömungskanäle für den Abtransport der desorbierten aufgeheizten Schad- und/oder Nutzkomponente aus dem Adsorptionsmittel als Desorbat in den Sammelraum in Verbindung steht, wobei an die Spülgasleitung ein Regelventil zum Drosseln des Zuflusses an Spülgas in den Verteilraum und der Sammelraum abströmseitig an eine Vakuumpumpe saugseitig angeschlossen ist, und dass die Vakuumpumpe druckseitig mit einem Wärmeaustauscher/Kondensator zum Auftrennen des Desorbats in die Schad- und/oder Nutzkomponente und ein Rückgas verbunden ist, wobei der Wärmeaustauscher/Kondensator mit einem Abscheider zum Ausschleusen der Schad- und/oder Nutzkomponente und der Wärmeaustauscher mit einer Rückgasleitung zum Abführen des Rückgases in die Zuführleitung des Rohgases in Verbindung steht, wobei ein Druckregelventil zum Drosseln des Abflusses des Rückgases während der Kondensation in die Rückgasleitung eingebunden ist.
[0028] Nach einer bevorzugten Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen
Hohlprofiladsorbers umfasst das Strömungsleit- und Abstandsblech ein dünnes Wellblech mit in die Wellenberge eingeformte, die Höhe der Wellenberge übersteigende Abstandshalterprofile die zueinander von Wellenberg zu Wellenberg auf Lücke versetzt angeordnet sind, wobei die Abstandhalterprofile in den von den über- und untereinanderliegenden Hohlprofilreihen gebildeten Versatz abstützend eingreifen und das jeweilige Abstandshalterprofil jeweils endseitig an der dazugehörigen Hohlprofilreihe stoffschlüssig fixiert ist.
Dies hat den Vorteil, dass die Strömungsleit- und Abstandsbleche nicht nur die Turbulenzen im Kühl· oder Heizmedium erzeugen, sondern zugleich auch die aus den Hohlprofilreihen gebildeten Strömungskanäle zueinander auf Abstand halten, so dass das Kühlmedium während der Adsorption oder das Heizmedium während der Regeneration im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen ein- oder mehrgängig ohne Behinderung durch die Strömungsräume geführt werden kann.
[0029] Wesentlich für die weitgehende Vermeidung einer Randgängigkeit der
Teilströme in den Strömungskanälen am Adsorptionsmittel vorbei ist, dass die Strömungsschikanen durch Ausprägungen gebildet sind, die quer und/oder parallel zur Strömungsrichtung des Teilstroms des Rohgases oder Spülgases in die Wandung der Strömungskanäle nach innen und/oder von der Wand nach außen gerichtet eingeformt sind.
[0030] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Hohlprofiladsorbers ist dem Verteilraum und/oder dem Sammelraum jeweils ein Drucksensor zum Messen des Druckes des Rohgases, des Druckes des Reingases während der Adsorption und des Druckes des Spülgases und des saugseitigen Druckes der Vakuumpumpe während Regeneration zugeordnet ist, wobei die Drucksensoren mit der Steuereinheit verbunden sind, die zum Ansteuern des Gebläses in der Zuführleitung, des Druckregelventils zum Drosseln des Abflusses an Reingas aus dem Sammelraum, der Vakuumpumpe zum Erzeugen des Unterdrucks während der Regeneration und der Regelventile zum Drosseln des Zuflusses an Spülgas in den Verteilraum in Verbindung steht.
[0031] Nach einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen
Hohlprofiladsorbers ist der Wärmeaustauscher/Kondensator abströmseitig mit der Zufuhrleitung für das Rohgas durch die Rückgasleitung über das Druckregelventil zum Drosseln des Abflusses des Rückgases aus dem Wärmeaustauscher/Kondensator verbunden, wobei zum Messen des Rückgasdruckes ein dem Wärmeaustauscher/Kondensator nachgeordneter Drucksensor vorgesehen ist, der mit der Steuereinheit verbunden ist, die mit dem Druckregelventil zum Drosseln des Abflusses des Rückgases aus dem Wärmeaustauscher/Kondensator in die Zuführleitung des Rohgases in Verbindung steht, so dass die Schad- und/oder Nutzkomponente unter Überdruck, beispielsweise bei 0,1 bis 5 bar, im Kondensator kondensieren kann.
[0032] Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hohlprofiladsorbers sind die Hohlprofilreihen zu einer rechteckigen Adsorber-Baueinheit zusammengefasst, die im Innenraum eines rechteckigen oder zylindrischen Gehäuses mit einem die Adsorber-Baueinheit umschließenden, über Verbindungsleitungen und Absperrarmaturen mit Kühl- oder Heizmedium versorgten Verteilraum, einem als Kopfteil ausgebildeten zuströmseitigen Verteilraum für das Rohgas bzw. Spülgas und einem als Fußteil ausgebildeten abströmseitigen Sammelraum für das Reingas bzw. Desorbat auswechselbar angeordnet ist, wobei die horizontalen Strömungsräume für das Kühl oder Heizmedium in den Verteilungsraum durchströmungsoffen münden und der Verteilraum durch die Strömungskanäle mit dem Sammelraum durchströmungsoffen verbunden ist.
Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hohlprofiladsorbers ermöglicht es, die Adsorber-Baueinheit je nach den vorliegenden Betriebsverhältnissen in vertikaler oder horizontaler Einbaulage zu nutzen.
[0033] Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Hohlprofiladsorbers sieht vor, dass mindestens zwei Baueinheiten im Gehäuse des Hohlprofiladsorbers angeordnet sind und dass jede Baueinheit mit dem zuflussseitigen Verteilraum und dem abströmseitigen Sammelraum versehen ist, wobei der Verteilraum und der Sammelraum durch die Strömungskanäle untereinander strömungsverbunden sind.
Dies hat den Vorteil, dass eine freie Skalierung der zu behandelnden Gasmengen und eine einfache Montage ermöglicht wird.
[0034] Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Hohlprofilreihen mindestens durch einen kopfseitigen Boden, einen fußseitigen Boden und ggf. von einem Zwischenboden unter Ausbildung der horizontalen Strömungsräume voneinander beabstandet gehalten, wobei der jeweilige Boden entweder aus einem einzigen Formteil oder aus mehreren an die Kontur der Hohlprofilreihen angepassten Formteile bestehen, die untereinander zusammengefügt und mit den Hohlprofilreihen stoffschlüssig verbunden sind.
[0035] In besonderer Ausgestaltung des erfindungsgemäßem
Hohlprofiladsorbers umfassen die Hohlprofile Präzisionsrohre oder Rechteck- oder Kastenprofile aus dünnem Edelstahl·, Kupfer,- oder Aluminiumblech mit einer Länge von 1 bis 2m und einer Wanddicke von 0,2 bis 3 mm.
Dies ermöglicht es, weitgehend übereinstimmende Einfüllmengen an Adsorptionsmittel in die Strömungskanäle einzubringen, so dass die Adsorption bzw. Desorption gleichmäßig erfolgt.
[0036] In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Hohlprofiladsorbers sind die Strömungskanäle zu- und abströmseitig mit einem vom Roh- oder Spülgas durchström- und demontierbaren Sieb abgedeckt, dessen Maschengröße kleiner ist als die Korngröße des Adsorptionsmittels. Bei notwendig werdendem Austausch des Adsorptionsmittels lässt sich das Sieb von den Strömungskanälen demontieren und das verbrauchte Adsorptionsmittel über den zuführseitigen Verteilraum problemlos entfernen. Die Befüllung der Strömungskanäle mit neuem Adsorptionsmittel erfolgt nach Entfernung des abströmseitigen Siebs und der erneuten Montage des zuströmseitigen Siebs über den abströmseitigen Verteilraum vertikal in die offenen Strömungskanäle entsprechend.
[0037] Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Hohlprofiladsorbers sieht vor, dass das Spülgas Luft, vorzugsweise Reingas, oder ein Inertgas, beispielsweise Stickstoff ist. Für Inertgas als Spülgas ist ein separater Speicher oder ein Versorgungsnetzwerk vorgesehen, der bzw. das mit der Spülgasleitung in Verbindung steht.
[0038] Nach einem weiteren Merkmal der erfindungsgemäßen Lösung ist das
Adsorptionsmittel eine Schüttung aus Aktivkohle, Aluminiumoxid-Gel, Silica-Gel, Molekularsieben oder deren Gemische mit einer Partikelgröße zwischen 0,6 mm und 6,0 mm.
[0039] In einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen
Hohlprofiladsorbers sind die mit Adsorptionsmittel gefüllten Strömungskanäle der beiden Hohlprofiladsorber zueinander über Verbindungsleitungen und Schaltventile und die den horizontalen Strömungsräumen zugeordnete indirekte Kühlung oder Heizung für das Adsorptionsmittel über den peripheren Verteilraum der beiden Hohlprofiladsorber durch Verbindungsleitungen und Absperrarmaturen über die Steuereinheit umschaltbar angeordnet.
Vorteilhaft ist, dass die bei der Adsorption anfallende Wärme von ihrem Entstehungsort durch Wasser oder Glykol-Wasser-Gemische abgeführt und die zur Regeneration des Adsorptionsmittels erforderliche Wärme, dort wo sie benötigt wird, durch Wasserdampf, heißes Wasser oder heiße Abgase zugeführt werden kann. Zum Kühlen können Wasser oder Glykol-Wasser-Gemische eingesetzt werden.
Bei den konventionellen zum Stand der Technik gehörenden Verfahren wird das Adsorptionsmittelbett auf- oder abwärts gerichtet durch das Regenerationsfluid einseitig aufgeheizt. Dabei wandert die Wärme- bzw. Desorptionsfront durch das Bett. Ein großer Teil der im heißen Bereich bereits desorbierten Komponenten wird in dem noch nicht aufgeheizten (kalten) Bereich der Adsorptionsmittelsäule wieder adsorbiert und muss dann energieintensiv erneut desorbiert werden.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht u.a. darin, dass das in den Strömungskanälen befindliche Adsorptionsmittel gleichzeitig aufgeheizt wird. Dadurch gibt es in der Adsorptionsmittelschüttung keine kalten Bereiche, in denen desorbierte Komponenten wieder adsorbiert werden könnten. Dies ist mit dem Vorteil verbunden, dass die Energieeffizienz des Prozesses, die Geschwindigkeit und die Qualität der Regeneration deutlich verbessert werden.
Von Vorteil ist weiterhin, dass der Spülgasstrom frei wählbar ist und nur dem Abtransport der desorbierten Schad- und/oder Nutzkomponente dient, wodurch höhere Konzentrationen an Schad- und/oder Nutzkomponenten im Spülgas eingestellt werden können und insbesondere die Kondensationsmengen an Schad- und/oder Nutzkomponenten wie z.B. Dichlormethan, Aceton, Ethylacetat, Methanol, Toluol, Xylol, Hexan, Wasser Größenordnungen erreichen, die industriellen Maßstäbe genügen und wirtschaftlich sind.
Die Absenkung des Druckes bei der Desorption ermöglicht des Weiteren eine Minimierung der Spülgasmenge.
Außerdem sinkt bei der Absenkung des Druckes die erforderliche Desorptionstemperatur, was insbesondere bei der Rückgewinnung von temperaturempfindlichen Schad- und/oder Nutzkomponenten wie z.B. chlorierten Verbindungen, von Vorteil ist.
Damit eröffnet die erfindungsgemäße Lösung die Möglichkeit Energieträger wie Heißwasser oder auch warmes Abgas als Heizmedium für die Regeneration zu verwenden. Durch das Einstellen eines Überdruckes auf der Druckseite der Vakuumpumpe bei der Kondensation im Wärmeaustauscher vor dem Druckregelventil ist die Kondensation der Schad- und/oder Nutzkomponente deutliche effizienter, da die Kondensation druckabhängig ist.
Ein gesättigtes Luft/Ethylacetat-Gemisch erreicht beispielsweise bei einem Druck von 1 barü und üblichem Kaltwasser (+2°C) eine vergleichbare Kondensationsleistung wie bei -10°C unter Normaldruck 1 bara. Sowohl der Druck und die Temperatur bei der Kondensation können einfach an die jeweiligen Bedingungen angepasst werden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass das Spülgas nicht die erforderliche Desorptionsenergie in das beladene Adsorptionsmittel transportieren muss, sondern lediglich die desorbierte Schad- und/oder Nutzkomponente in den Wärmeaustauscher transportiert.
[0040] Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
Ausführungsbeispiel
[0041] Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
[0042] Es zeigen
[0043] Fig. la eine perspektivische Ansicht von zwei versetzten übereinander angeordneten Hohlprofilen in Rohrform, die miteinander durch Laserschweißen stoffschlüssig verbunden sind,
[0044] Fig. lb eine Draufsicht auf zwei Hohlprofilreihen nach Fig. la,
[0046] Fig. lc eine perspektivische Darstellung des in Strömungsräumen zwischen den Hohlprofilreihen eingesetzten Strömungsleit- und Abstandsbleches,
[0046] Fig. 2a eine perspektivische Darstellung einer aus mehreren
Hohlprofilreihen zusammengesetzten Adsorber- Baueinheit mit köpf- und fußseitigem Boden,
[0047] Fig. 2b den Aufbau des Bodens in einer Explosionsdarstellung,
[0048] Fig. 3 einen Schnitt in Seitenansicht einer im Innenraum eines rechteckigen Gehäusemantels eingesetzten Adsorber-Baueinheit mit zuführseitigem Verteilraum für das zu behandelnde Rohgas und abführseitigem Sammelraum für das Reingas und das Desorbat als Hohlprofiladsorber,
[0049] Fig. 4 ein Beispiel von Strömungsschikanen in der Wandung eines
Strömungskanals in perspektivischer Darstellung,
[0050] Fig. 5a einen Schnitt in Seitenansicht einer im Innenraum eines zylindrischen Gehäusemantels eingesetzten Adsorber-Baueinheit mit zuführseitigem Verteilraum für das zu behandelnde Rohgas und abführseitigem Sammelraum für das Reingas und Desorbat,
[0051] Fig. 5b eine Seitenansicht eines Hohlprofiladsorber4s aus beispielsweise zwei übereinander angeordneten Baueinheiten,
[0052] Fig. 6 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen
Hohlprofiladsorbers während der Adsortptionsphase mit gleichzeitigem Kühlen des Adsorptionsmittels in den Strömungskanälen und
[0053] Fig. 7 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Hohlprofiladsorbers während der Regenerationsphase mit gleichzeitigem Erwärmen des beladenen Adsorptionsmittels in den Strömungskanälen.
[0054] Die Fig. la zeigt eine Hohlprofilanordnung 7 aus Hohlprofilen 8 in
Form von Rohren, die aus mindestens zwei horizontal übereinander angeordneten Hohlprofilreihen 10 gebildet ist.
Die Hohlprofile 8, die vorzugsweise aus Edelstahlrohr mit einer Länge von 2 m, einer lichten Weite W von 20 mm und einer Dicke von 0,5 mm bestehen, liegen mit ihren Rohrmänteln 9 entlang einer zur Rohrachse RA senkrecht liegenden Achse AS auf Stoß S aneinander und sind miteinander zumindest durch Schweißverbindungen SV im Stoß S stoffschlüssig verbunden. Natürlich kann die stoffschlüssige Verbindung in Längsrichtung der Rohre durchgängig entlang des Stoßes S verlaufen.
Die mit ihren Rohrachsen RA vertikal ausgerichteten Hohlprofile 8 der beiden Hohlprofilreihen 10 sind zueinander auf Versatz 11 so angeordnet, dass die Hohlprofile 8 der unteren Hohlprofilreihe mit ihrer Rohrachse RA etwa senkrecht unter dem jeweiligen Stoß S der Hohlprofile 8 der oberen Hohlprofilreihe liegen. Übereinander angeordnete Hohlprofilreihen 10 bilden miteinander durchströmungsoffene Strömungsräume 14, so dass das Kühl· oder Heizmedium K bzw. H im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen 21 eingängig, d.h. gleichzeitig, durch alle Strömungskanäle 14 geführt werden kann. Ebenso ist es aber auch möglich, das Kühl· oder Heizmedium K bzw. H mehrgängig, d.h. nacheinander durch die Strömungsräume 14 zu führen. In einem solchen Fall sind jeweils benachbart liegenden Strömungsräume 14 miteinander verbunden, wodurch das Kühl- bzw. Heizmedium K bzw. H von Strömungsraum zu Strömungsraum umgelenkt wird.
[0055] Zwischen den Hohlprofilreihen 10 ist -wie auch Fig. lb schematisch zeigt, ein wellblechartig geformtes Strömungsleit- und Abstandsblech 9 eingesetzt. In die Wellberge WB des Strömungsleit- und Abstandsblechs 9 sind in regelmäßigen Abständen voneinander Abstandshalter 12 eingeformt, die jeweils wechselseitig in den durch den Versatz 11 ausgebildeten Bereich der übereinander angeordneten Hohlprofilreihen 10 sägezahnartig eingreifen, wobei der am Anfang und Ende der Hohlprofilreihe 10 zugeordnete Abstandshalter am jeweiligen Hohlprofil 8 stoffschlüssig befestigt ist, so dass ein Verschieben des Strömungsleit- und Abstandsbleches 9 ausgeschlossen ist.
[0056] Nach Fig. lc sind die Abstandshalterprofile 12 in den benachbarten
Wellenbergen WB des Strömungsleit- und Abstandsblechs 9 zueinander auf Lücke 20 versetzt angeordnet, so dass Strömungspfade SF entstehen, die das im Kreuzstrom geführte Kühl· bzw. Heizmedium K bzw. H zur Umlenkung zwingen und dabei Turbulenzen erzeugen. Ein Beispiel eines Strömungspfades SF ist durch Pfeile in der Fig. lc gekennzeichnet.
[0057] Die Fig. 2a und 2b verdeutlichen den Aufbau einer aus mehreren
Hohlprofilreihen 10 zusammengesetzten Adsorber-Baueinheit 1. Die Hohlprofilreihen 10 durchdringen offenendig einen kopfseitigen Boden 16 und einen abströmseitigen Boden 17.
Die Böden 16 und 17 sind aus Formteilen 16.1 bis 16. n bzw. 17.1 bis 17. n zusammengesetzt, deren Kontur an die Form und Abmessung der Hohlprofilreihen 10, zweckmäßig durch Laserschneiden, angepasst ist. Die Formteile werden mit den eingelegten Hohlprofilen 10 entlang der Kontur zusammengefügt und durch Laserschweißen oder Hartlöten stoffschlüssig verbunden, so dass ein im Wesentlichen rechteckiger Apparat entsteht, der wahlweise in einen rechteckigen oder zylindrischen Gehäusemantel 2 erfindungsgemäß eingesetzt werden kann. Die Fügerichtung ist durch einen Pfeil in der Fig. 2b kenntlich gemacht.
Die Zufuhr des Rohgases G und die Abströmung des Reingases RG sowie der Eintritt und der Austritt des Kühl· bzw. Heizmediums K bzw. H in den Apparat ist durch Pfeile gekennzeichnet.
[0058] Die Fig. 3 zeigt den Aufbau des Hohlprofiladsorbers la bzw. lb als
Schnitt in Seitenansicht. Die Adsorber-Baueinheit 1 ist im Innenraum eines rechteckigen Gehäuses 2 aus Edelstahl eingesetzt. Der kopfseitige Boden 16 der Adsorber-Baueinheit 1 ist zusammen mit einem Kopfteil 18 stirnseitig an der Wandung 13 des Gehäusemantels 2s angeflanscht, so dass zuströmseitig ein Verteilraum 3a bzw. 3b entsteht, in den das mit einer gasförmigen Schad- und/oder Nutzkomponente belastete Rohgas G über eine Zuführleitung 4 eintritt.
Der fußseitige Boden 17 der Adsorber-Baueinheit 1 und ein an der Wandung 13 des Gehäusemantels 2a stirnseitig angeflanschtes Fußteil 19 bildet einen Sammelraum 5a bzw. 5b für das die Strömungskanäle 21 des Hohlprofiladsorbers la bzw. lb verlassende, unter Adsorptionsdruck PAD stehende Reingas RG, welches über eine Abführleitung 6 einer nicht weiter dargestellten Gasentspannungsturbine mit Stromgenerator oder über ein Entspannungsventil einem Verbraucher bzw. als Abluft in die Atmosphäre abgegeben wird.
Der zuströmseitige Verteilraum 3a bzw. 3b befindet sich am Kopf des Hohlprofiladsorbers la bzw. lb, wodurch die Stromrichtung SRR des Rohgases G vertikal abwärts gerichtet durch die Adsorber-Baueinheit 1 verläuft. Natürlich kann das Rohgas G die Adsorber-Baueinheit auch vertikal aufwärts durchströmen.
[0059] Die Hohlprofile 8 bilden vertikal ausgerichtete mit Adsorptionsmittel
AM gefüllte Strömungskanäle 21, die den Verteilraum 3a bzw. 3b mit dem Sammelraum 5a bzw. 5b durchströmungsoffen verbinden.
Zu- und abströmseitig sind die Hohlprofile 8 endseitig mit jeweils einem demontierbaren gasdurchlässigen Sieb 22 abgedeckt. Das Sieb 22 hat eine Maschengröße, die kleiner gewählt ist als die kleinste Partikelgröße des in den Strömungskanälen 21 eingefüllte Adsorptionsmittel AM, sodass das Adsorptionsmittel nicht aus den Strömungskanälen gelangt.
Das körnige Adsorptionsmittel AM, beispielsweise Aktivkohle, bildet in jedem der Strömungskanäle 21 eine langgestreckte Adsorptionsmittelsäule. Dadurch, dass die Hohlprofile 8 Präzisionsrohre mit geringen Abweichungen in ihrer lichten Weite sind, differieren die eingefüllten Mengen an Adsorptionsmittel von Hohlprofil zu Hohlprofil kaum, so dass ein gleichmäßiger Stoffumsatz erreicht wird.
Die Strömungskanäle 21 haben eine lichte Weite W von mindestens 3 bis 120 mm, die Partikelgröße des Adsorptionsmittels beträgt zwischen 0,6 bis 5,0 mm.
[0060] Es ist bekannt, dass schlanke Kolonnen mit einem Verhältnis aus
Schütt- und Partikeldurchmesser <20 zur Randgängigkeit neigen (K. Salem, Dissertation „Instationäre Temperatur- und Konzentrationsfelder in hochbelasteten Festbettadsorbern“, Cuvillier-Verlag Göttingen, 2006). BAKER ET AL („The Course of Liquor Flow in Packed Towers“, Trans AIChE 31(1935), S. 296-315) geben an, dass die Tendenz zur Randgängigkeit bei einem Verhältnis aus Kolonnendurchmesser zu Füllkörperdurchmesser von 8^1 signifikant zunimmt.
Um der Randgängigkeit entgegenzuwirken, besitzen die Strömungskanäle 21 -wie in Fig. 4 dargestellt- Strömungsschikanen 24, die in die Wandung 25 der Hohlprofile 8 bei ihrer Herstellung in Form von Ausprägungen 26 eingeformt werden. Die Ausprägungen 26 können von der Wandung 25 in das Innere des Hohlprofils 8 hineinreichen und/oder von der Wandung 25 in den Strömungsraum 14 herausragen. Auch eine Kombination aus nach innen in den Strömungskanal 21 und nach außen in die Strömungsräume 14 ragende Ausprägungen 26 ist möglich. Die Ausprägungen sind als langgestreckte Körper ausgebildet, die quer und parallel zur Strömungsrichtung SRR des Teilstroms TG des Rohgases G entlang der Wandung 25 der Hohlprofile verteilt angeordnet sind.
Die Strömungsschikanen 24 bewirken, dass das in Wandnähe befindliche Rohgas G oder Spülgas SG in das Innere des Strömungskanals 21 gelenkt wird und damit Turbulenzen erzeugt werden, die die Randgängigkeit weitgehend verhindern.
[0061] Die im Innenraum des Gehäuses 2 angeordnete Adsorber-Baueinheit 1 ist für die Zu- und Abführung eines Kühlmediums K bzw. eines Heizmediums H von einem Verteilraum 15 umgeben, der zwischen der Wandung 13 des Gehäusemantels 2 und der Adsorber-Baueinheit 1 ausgebildet ist.
Benachbarte Hohlprofilreihen 10 (siehe auch Fig. 2a) bilden miteinander Strömungsräume 14, die durchströmungsoffen in den Verteilraum 15 münden, so dass das Kühlmedium K oder das Heizmedium H eingängig im Kreuzstrom durch die Strömungsräume 14 geführt werden kann. Die in den Strömungsräumen 14 befindlichen Strömungsleit- und Abstandsbleche 9 sorgen dafür, dass Turbulenzen im Kühl- bzw. Heizmedium K bzw. H erzeugt werden, die den Wirkungsgrad des Wärmeaustausches während der Adsorption und der Desorption deutlich verbessern. Ebenso ist es möglich, das Kühl- oder Heizmedium mehrgängig durch die Strömungsräume 14 zu führen. In einem solchen Fall, werden parallel zueinander liegende Strömungsräume 14 miteinander verbunden, so dass das Kühl· oder Heizmedium K bzw. H im Verteilraum 15 umgelenkt wird.
[0062] Nach Fig. 5a ist die Adsorber-Baueinheit 1 im Innenraum eines zylindrischen Gehäuses 2 angeordnet. Der kopfseitige Boden 16 der Adsorber- Baueinheit 1 lagert auf der Wandung 13 des Gehäusemantels 2a auf und ist zusammen mit dem Kopfteil 18 in Form eines Klöpperboden und der fußseitige Boden 17 der Adsorber-Baueinheit 1 mit dem Fußteil 19 stirn- bzw. fußseitig an der Wandung 13 des zylindrischen Gehäusemantels 2a eingeflanscht.
Der Verteilraum 3a bzw. 3b und der Sammelraum 5a bzw. 5b werden durch das Kopfteil 18 und das Fußteil 19 mit den Böden 16 bzw. 17 der Adsorber-Baueinheit 1 gebildet.
Zwei senkrecht übereinander angeordnete Adsorber-Baueinheiten 1 sind gemäß Fig. 5b in einem gemeinsamen Gehäuse 2 untergebracht, wobei jede Baueinheit 1 mit einem zuflussseitigen Verteilraum 3a bzw. 3b, einem abströmseitigen Sammelraum 5a bzw. 5b und einem Verteilraum 15 für das Kühl· und Heizmedium H bzw. K versehen ist.
Die Verteilräume 3a bzw. 3b und die Sammelräume 5a bzw. 5b sind untereinander durch die Strömungskanäle 9 strömungsverbunden.
Die Anzahl der Baueinheiten lässt sich somit auf die Menge des zu behandelnden Gases problemlos anpassen.
[0063] Das Rohgas G wird durch ein Gebläse und/oder Verdichter 23 (siehe
Fig. 6 und 7), beispielsweise ein Drehkolbengebläse, mit einem Überdruck von 1,0 bis 60,0 bar über die Zuführleitung 4 in den Verteilraum 3a bzw. 3b gedrückt. Das Rohgas G teilt sich im Verteilraum 3a bzw. 3b in einzelne Teilströme TG auf, von denen je ein Teilstrom in einen Strömungskanal 21 eintritt und die Adsorptionsmittelschüttung AM vertikal abwärtsgerichtet durchströmt, wobei die Schad- und/oder Nutzkomponente am Adsorptionsmittel adsorbiert wird. Die die Strömungskanäle 21 als Reingas RG verlassenden Teilströme TG sammeln sich im Sammelraum 5a bzw. 5b und werden über die Abführleitung 6 abgeführt.
[0064] Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren mit zwei
Hohlprofiladsorbern la und lb für das kontinuierliche Behandeln eines mit gasförmigen Schadkomponenten belasteten Gases beschrieben.
Die Fig. 6 zeigt den Hohlprofiladsorber la während der Adsorption mit gleichzeitiger Kühlung und den Hohlprofiladsorber lb im Regenerationsmodus vor dem Umschalten in den Adsorptionsmodus, wobei das Rohgas vertikal aufwärts gerichtet die Strömungskanäle 21 durchströmt.
[0065] Die beiden Verteilräume 3a und 3b der Hohlprofiladsorber la bzw. lb sind durch je eine Verbindungsleitung 27a und 27b verbunden, die von einer dem Verteilraum 3a zugeordneten, in die Verbindungsleitung 27a eingebundenen Absperrarmatur 28 und einer dem Verteilraum 3b zugeordneten, in die Verbindungsleitung 27b eingebundenen Absperrarmatur 29 geöffnet oder geschlossen werden können. In die miteinander in Verbindung stehenden Verbindungsleitungen 27a und 27b mündet die Zuführleitung 4 ein, in die das Gebläse und/oder Verdichter 23 eingebunden ist, das bzw. der das Rohgas G unter Druck setzt und in die entsprechenden Verteilräume 3a oder 3b drückt.
Im Verteilraum 3a bzw. 3b ist ein Drucksensor 30 angeordnet, der den Druck PG des Rohgases G vor Eintritt der Teilströme TG des Rohgases in die Strömungskanäle 21 misst und die Messwerte über die Steuerleitung 31 an die Steuereinheit 32 weitergibt. Ebenso ist im Sammelraum 5a bzw. 5b ein Drucksensor 33 angeordnet, der den Druck PRG des Reingases RG laufend misst und die Messwerte an die Steuereinheit 32 übermittelt.
Der Steuereinheit 32 werden auf der Grundlage einer vorliegenden Prozessauslegung, die die Art, Beschaffenheit und Menge der Schad- und/oder Nutzkomponente im Rohgas G, die zu erreichenden Grenzwerte der Schadstoffkonzentration im Reingas, die Art des Adsorptionsmittels und die Betriebsdaten berücksichtigt, Sollwerte für den Adsorptionsdruck PAD, den Desorptionsdruck PD und den Kondensations- Uberdruck PK vorgegeben und in dieser hinterlegt. Das Einregeln des Adsorptionsdruckes PAD auf einen Überdruck von 1,0 bis 60 bar geschieht so, dass die Steuereinheit 32 die von den Drucksensoren 30 und 33 gemessenen Druckwerte mit dem vorgegebenen Sollwert des Adsorptionsdruckes PAD vergleicht und bei Abweichung vom Sollwert das Gebläse und/oder den Verdichter sowie ein in der Verbindungsleitung 39a eingebundenes Druckregelventil 34 ansteuert, das den Adsorptionsdruck PAD durch ein Androsseln des Abflusses des Reingases so einstellt, dass der Adsorptionsdruck PAD dem vorgegebenen Sollwert entspricht.
Der Strom des Rohgases G ist durch einen nicht geschwärzten Pfeil an der Zuführleitung 4 und der Verbindungsleitung 27a kenntlich gemacht.
[0066] Von der Abführleitung 6 für das Reingas RG, dessen Stromrichtung durch geschwärzte Pfeile dargestellt ist, zweigt eine Spülgasleitung 35 ab, die sich in eine Zuführleitung 36a für einen Teilstrom des Reingases als Spülgas SG in die Verbindungsleitung 27a zum Verteilraum 3a des Hohlprofiladsorbers la und eine Zuführleitung 36b für einen Teilstrom des Reingases als Spülgas SG zum Verteilraum 3b des Hohlprofiladsorbers lb aufteilt.
Die beiden Zuführleitungen 36a und 36b binden jeweils in Stromrichtung nach der Absperrarmatur 28 bzw. 29 in die Verbindungsleitung 27a bzw. 27b ein und können durch ein über die Steuereinheit 32 angesteuertes Regelventil 37 bzw. 38 geöffnet oder geschlossen werden, so dass der Zustrom an Spülgas SG entsprechend dem Betriebszustand der Hohlprofiladsorber la bzw. lb zu· oder abgeschaltet werden kann.
[0067] Von den Sammelräumen 5a und 5b der Hohlprofiladsorber la bzw. lb führt je eine Verbindungsleitung 39a und 39b in die Abführleitung 6 für das Reingas RG. In die Verbindungsleitungen 39a und 39b sind Absperrarmaturen 40 bzw. 41 eingebunden, die über Steuerleitungen 31 mit der Steuereinheit 32 in Verbindung stehen und entsprechend geöffnet oder geschlossen werden können, wobei die Absperrarmatur 40 dem Sammelraum 5a und die Absperrarmatur 41 dem Sammelraum 5b zugeordnet ist.
Die Absperrarmaturen 28 und 29 sind ebenso mit der Steuereinheit 32 verbunden, die die Befehle zum jeweiligen Öffnen oder Schließen der Armaturen ausgibt.
[0068] Über den Verteilräumen 3a bzw. 3b der beiden Hohlprofiladsorber la bzw. lb mündet eine zuflussseitige Verbindungsleitung 42 für ein Kühlmedium K, beispielsweise Wasser, in den peripheren Verteilraum 15, in dem die zwischen den Hohlprofireihen 10 ausgebildeten Strömungsräume 14 durchströmungsoffen liegen. Das Kühlmedium K tritt gleichzeitig in alle offenen Strömungsräume 14 ein, wird verwirbelt und umströmt die vertikalen Strömungskanäle 21 und nimmt die Adsorptionswärme durch Wärmetausch auf. Über eine durch eine Absperrarmatur 43a bzw. 43b öffnungs- oder schließbare Abführleitung 44a bzw. 44b wird das erwärmte Kühlmedium K abgeführt. Die Stromrichtung des Kühlmediums ist durch Pfeile gekennzeichnet.
[0069] Zum Zuführen eines Heizmediums H, beispielsweise Wasserdampf, in die Strömungsräume 14 ist eine Verbindungsleitung 47 vorgesehen, die durch Absperrarmaturen 45 und 46 geöffnet oder geschlossen werden kann, welche mit einer Zuführleitung 48 verbunden ist.
Die Stromrichtung des Heizmediums H ist durch Pfeile gekennzeichnet (siehe auch Fig. 7).
[0070] Die Verbindungsleitung 42 für die beiden Verteilräume 3a bzw. 3b steht mit einer Zuführleitung 49 zum Zuführen des Kühlmediums K, beispielsweise Wasser mit einer Temperatur von 25 °C, in die Strömungsräume 14 in Verbindung, wobei die Verbindungsleitung 42 durch jeweils eine über die Steuerleitung 31 mit der Steuereinheit 32 elektrisch verbundene Absperrarmatur 50 bzw. 51 geöffnet oder geschlossen werden kann. Gleichzeitig ist der mit der Verbindungsleitung 42 in Strömungsverbindung stehende Strömungsraum 14 mit einer durch Absperrarmaturen 52a und 53a öffnungs- und schließbare Abführleitung 54a zum Abführen des Kühlmediums K und des Kondensates aus den Strömungsräumen 14 verbunden. Ebenso ist der periphere Verteilraum 15 mit einer Abführleitung 54b für das Kondensat und einer Leitung zum Entleeren des Kühlmediums K aus den Strömungsräumen 14 des Hohlprofiladsorbers lb verbunden.
In die Abführleitung 54b ist eine Absperrarmatur 55a für das Kondensat H und eine Absperrarmatur 55b für das Kühlmedium K eingebunden.
[0071] Die Verbindungsleitungen 39a und 39b sind untereinander durch eine
Desorbatleitung 56 vermascht, welche in Stromrichtung des Reingases RG vor den Absperrarmaturen 40 und 41 in die jeweilige Verbindungsleitung 39a bzw. 39b einbindet, wobei die Desorbatleitung 56 durch eine Absperrarmatur 57 gegenüber der Verbindungsleitung 39a und eine Absperrarmatur 58 gegenüber der Verbindungsleitung 39b geöffnet oder geschlossen werden kann. Die dazu notwendigen Stellbefehle erhalten die Absperrarmaturen 57 bzw. 58 von der Steuereinheit 32. Von der Desorbatleitung 56 zweigt zwischen den Absperrarmaturen 57 und 58 eine Abführleitung 59 ab, die mit einer Vakuumpumpe 60 verbunden ist, die im Sammelraum 5a bzw. 5b und in den Strömungskanälen 21 in Abhängigkeit der Schad- und/oder Nutzkomponente einen Absolutdruck von beispielsweise 0,9 bar erzeugt, so dass die desorbierte Schad- und/oder Nutzkomponente im Saugstrom mit dem Spülgas SG aus dem Sammelraum 5a bzw. 5b abtransportiert wird. Die Strömungsrichtung des Desorbats DS ist durch einen Pfeil mit Punkt gekennzeichnet (siehe auch Fig. 7).
[0072] Die Druckseite der Vakuumpumpe 60 ist mit einem durch einen mit
Wasser gekühlten Wärmeaustauscher 61 verbunden, in dem die angesaugte Schad- und/oder Nutzkomponente im Desorbat DS durch Kühlung kondensiert und das Kondensat über einen mit dem Wärmeaustauscher 61 verbundenen Kondensatablass 62 abgeführt wird. Das den Wärmeaustauscher 61 verlassende Gas wird als Rückgas GR mit einer Restbeladung oberhalb des jeweiligen VOC-Grenzwertes über eine Rückgasleitung 63 in Strömungsrichtung vor dem Gebläse 23 in die Zuführleitung 4 des in Adsorption befindlichen Hohlprofiladsorbers la bzw. lb geleitet, wobei ein in die Rückgasleitung 63 eingebundenes Druckregelventil 64 den Druck des Rückgases GR androsselt, so dass die Kondensation der Schad- und/oder Nutzkomponente im Wärmeaustauscher 60 bei einem Überdruck von 0,1 bis 5,0 bar erfolgen kann. Die Stromrichtung der Rückgases GR ist durch Pfeile kenntlich gemacht.
[0073] Während der Adsorption ist die dem Verteilraum 3a zugeordnete
Absperrarmatur 28 geöffnet und die dem Verteilraum 3b zugeordnete Absperrarmatur 29 geschlossen. Die dem Sammelraum 5a zugeordnete Absperrarmatur 40 in der Verbindungsleitung 39a ist dagegen geöffnet und die zum Sammelraum 5b gehörende Absperrarmatur 41 geschlossen.
Die zur Kühlung K des auf Adsorption geschalteten Hohlprofiladsorbers la gehörende zuflussseitige Absperrarmatur 50 in der Verbindungsleitung 42 und die Absperrarmatur 43a in der Abführleitung 44a sind geöffnet, wohingegen die Absperrarmatur 51 in der Verbindungsleitung 42 zum Hohlprofiladsorber lb, die Absperrarmaturen 52a und 53a in der Abführleitung 54a vom Hohlprofiladsorber lb, die zur Heizung H gehörende Absperrarmatur 45 in der Verbindungsleitung 47 geschlossen sind.
Das Rohgas G gelangt somit in den Verteilraum 3a, teilt sich in Teilströme TG auf, die beispielsweise vertikal aufwärtsgerichtet in die mit Adsorptionsmittel AM gefüllten Strömungskanäle 21 einströmen.
Die Schad- und/oder Nutzkomponenten im Rohgas G werden am Adsorptionsmittel AM adsorbiert und die sich ausbildende Konzentrationsfront wandert vertikal aufwärts durch die Adsorptionsmittelsäule des jeweiligen Strömungskanals 21 bis der Durchbruch der Konzentrationsfront erfolgt, d.h. die Schad- und/oder Nutzkomponente im Sammelraum 5a bzw. 5b in messbaren Mengen nachweisbar ist. Hierzu sind zur Erfassung des Durchbruchs mit der Steuereinheit 32 verbundene Gassensoren 65 vorgesehen, die im Verteilraum 3a bzw. 3b und im Sammelraum angeordnet sind. Die Gassensoren 65 ermitteln die Eingangskonzentration der Schad- und/oder Nutzkomponente im Verteilraum 3a bzw. 3b und die Ausgangskonzentration im Sammelraum 5a bzw. 5b und übergeben diese Information an die Steuereinheit 32, welche die Daten auswertet und die entsprechenden Stellbefehle zum Offnen der Absperrarmatur 29 in der Verbindungsleitung 27b und Schließen der Absperrarmatur 28 in der Verbindungsleitung 27a in der Verbindungsleitung 27b ausgibt, sodass das Rohgas G auf den zuvor regenerierten Hohlprofiladsorber lb geleitet wird.
Die während der Adsorption der Schad- und/oder Nutzkomponenten entstehende Adsorptionswärme wird durch das im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen 21 in den Strömungsräumen 14 geführte Kühlmedium K, hier Wasser, ständig abgeführt. Dies hat den außerordentlichen Vorteil, dass der mit einer Temperaturerhöhung einhergehende grundsätzliche Nachteil des Absinkens der maximal möglichen Beladung des Adsorptionsmittels AM weitgehend vermieden und eine Leistungssteigerung gegenüber Aktivkohle-Festbettanordnungen möglich wird.
[0074] Es wird jetzt auf die Fig. 7 Bezug genommen. Während der Adsorption im Hohlprofiladsorber la befindet sich der Hohlprofiladsorber lb im Desorptionszustand. Vor Beginn des Desorptionsvorganges wird zunächst das in den Strömungsräumen 14 des Hohlprofiladsorbers befindliche Kühlwasser über die geöffnete Absperrarmatur 55a in der Abführleitung 54b entleert.
Beim Desorptionsvorgang ist die Absperrarmatur 29 in der Verbindungsleitung 27b, die Absperrarmatur 57 in der Desorbatleitung 56, die Absperrarmatur 41 in der Verbindungsleitung 39b, die Absperrarmatur 51 in der zuflußseitigen Verbindungsleitung 42 für das Kühlmedium K, die Absperrarmatur 55a in der Abführleitung 54b für das Kühlmedium K und das Kondensat H und die Absperrarmatur 43b in der abflussseitigen Abführleitung 44b geschlossen, während das Regelventil 38 in der Zuführleitung 27b für das Spülgas SG, die Absperrarmatur 46 in der Verbindungsleitung 47 für das Heizmedium H, die Absperrarmatur 55b und das Druckregelventil 64 in der Rückgasleitung 63 offen sind.
Ein Teilstrom des Reingases RG gelangt als Spülgas SG über die Spülgasleitung 35 und die Zuführleitung 27b in den Verteilraum 3b und teilt sich in Teilströme TS auf, die in die offenen Strömungskanäle 9 eintreten, wo das Spülgas SG in Kontakt mit dem beladenen Adsorptionsmittel AM kommt. Die Stromrichtung des Spülgases SG ist durch schwarze Punkte in der Fig. 7 gekennzeichnet.
Bei gleichzeitig geöffneter Absperrarmatur 46 strömt das Heizmedium H, hier Wasserdampf, über den peripheren Verteilraum 15 und gelangt in die Strömungsräume 14, die durchströmungsoffen in den peripheren Verteilraum 13 münden, so dass das Heizmedium H das in den Strömungskanälen 21 befindliche und gesättigte Adsorptionsmittel AM und das aufwärts strömende Spülgas SG umströmt und indirekt aufheizt.
Das in Strömungskanälen befindliche, mit der Schad- und/oder Nutzkomponente gesättigte Adsorptionsmittel wird soweit aufgeheizt bis die Schad- und/oder Nutzkomponente desorbiert. Die Desorptionstemperatur ist abhängig vom eingeregelten Absolutdruck und den Stoffeigenschaften der zu entfernenden Schad- und/oder Nutzkomponente.
Mit den im Verteilraum 3a bzw. 3b und den im Sammelraum 5a bzw. 5b angeordneten Drucksensoren 30 und 33 wird der Druck psG des zuströmenden Spülgases SG und der Druck PDS des abströmenden Desorbats DS gemessen, das vom Unterdrück pv der Vakuumpumpe 65 im Saugstrom aus dem Sammelraum 5a bzw. 5b abtransportiert wird. Die Drucksensoren 30 und 33 übermitteln die Messwerte des Druckes an die Steuereinheit 32.
Das Einregeln des Desorptionsdruckes PD auf einen Absolutdruck (Unterdrück) von 0,01 bis 1,0 bar erfolgt so, dass die Steuereinheit 32 die von den Drucksensoren 30 und/oder 33 übermittelten Druckwerte mit einem vorgegebenen, in der Steuereinheit 32 hinterlegten Sollwert des Desorptionsdruckes PD vergleicht und bei Abweichung vom Sollwert die Vakuumpumpe 60 und ein dem Verteilraum 3a bzw. 3b vorgeschaltetes Regelventil 38 bzw. 37 ansteuert, welches den Zufluss an Spülgas SG in den Verteilraum 3a bzw. 3b so einstellt, dass der Desorptionsdruck PD dem in der Steuereinheit hinterlegten Sollwert eines Absolutdruckes von 0,01 bis 1,0 bar entspricht.
Das Desorbat DS sammelt sich im Sammelraum 5b und wird durch die Vakuumpumpe 60 angesaugt sowie druckseitig über die Abführleitung 59 in einen Wärmeaustauscher/Kondensator 61 gefördert, in dem die Schad- und/oder Nutzkomponente durch Kühlung kondensiert und über einen Kondensatablass 62 zur weiteren Nutzung abgeführt wird.
Die Kondensation der Schad- und/oder Nutzkomponente wird so vorgenommen, dass der Rückgasdruck PGR des Rückgases GR nach Verlassen des Wärmeaustauschers/Kondensators 61 mit einem Drucksensor 66 gemessen und die Messwerte an die Steuereinheit 32 übergeben werden. Das Einregeln des Kondensations-Uberdruckes rk auf einen Überdruck von 0,1 bis 5 bar im Wärmeaustauscher/Kondensator 61 geschieht so, dass die Steuereinheit 32 den vom Drucksensor 66 übergebenen Messwert mit dem vorgegebenen Sollwert des Kondensations-Überdruckes rk vergleicht und bei Abweichung vom Sollwert das Druckregelventil 64 so einstellt, dass der Kondensations-Überdruck rk im Wärmeaustauscher/Kondensator 61 dem in der Steuereinheit 32 hinterlegten Sollwert entspricht.
[0075] Sobald mit dem im Sammelraum 5b angeordneten Gassensor 65 ein in der Steuereinheit 32 hinterlegter Minimalwert der Schad- und/oder Nutzkomponenten-Konzentration im Desorbat DS ermittelt wird, gibt die mit dem Gassensor 65 verbundene Steuereinheit 32 Stellbefehle an die Ab sperrarmatur 46 und das Regelventil 38 zum Schließen aus, so dass einerseits der Wärmeaustausch zwischen dem Heizmedium H und dem Adsorptionsmittel und andererseits die Zufuhr an Spülgas SG unterbrochen wird.
Die zur Kühlung K gehörenden Absperrarmatur 51 und 43b öffnen, wodurch Kühlmedium in die Strömungskanäle 21 gelangt und das in den Strömungskanälen 21 befindliche aufgeheizte Adsorptionsmittel AM auf eine Temperatur abgekühlt wird, die für einen erneuten Adsorptionsvorgang geeignet ist. Somit ist das Adsorptionsmittel aktiviert. Die Absperrarmatur 58 für das Desorbat DS und das Druckregelventil 64 für das Rückgas GR schließen. Der Hohlprofiladsorber lb ist für einen erneuten Adsorptionsvorgang betriebsbereit.
[0076] Diese Verfahrensweise hat den besonderen Vorteil, dass einerseits das
Spülgas SG ausschließlich als Transportmedium für die desorbierte Schad- und/oder Nutzkomponente dient und keine Heizfunktion für das Adsorptionsmittel wahrnimmt sowie andererseits die zur Desorption aufzubringende Desorptionsenergie durch einen indirekten Wärmeaustausch des Heizmediums H mit dem im Strömungskanal 21 eingefüllten Adsorptionsmittel AM an Ort und Stelle wo sie benötigt wird aufgebracht wird.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Desorption bei einem Absolutdruck, beispielsweise bei 0,9 bara, und die Kondensation unter Druck, beispielsweise 1,0 barü, durchgeführt werden kann.
Der Unterdrück in den Strömungskanälen 21 wird durch die Regelung der Zufuhr an Spülgas SG über die Regelventile 37 bzw. 38 eingestellt, die mit der Steuereinheit 32 verbunden sind, welche die Stellbefehle an die Regelventile in Abhängigkeit der festgestellten Abweichungen von den Sollwerten ausgibt.
All dies führt dazu, dass die Verlustenergie reduziert, die Zykluszeiten verkürzt, die Apparate verkleinert, Betriebskosten gesenkt und Investitionskosten eingespart werden können.
[0077] Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend an zwei Beispielen näher erläutert werden.
[0078] Beispiel A
Ein Lösemittel verarbeitender Betrieb hat eine Abluftreinigungsanlage, um Lösungsmittel, die beispielsweise bei der Beschichtung von Folien verwendet werden, zu entfernen und die Abluft entsprechend zu reinigen. Außerdem können freie Emissionen in der Produktionshalle auftreten, die mit Absaugeinrichtungen zur Abluftreinigungsanlage geführt werden, um Einhaltung der maximalen Arbeitsplatzkonzentration in der Halle zu garantieren.
Diese aus der Produktionshalle anfallende Abluft soll mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gereinigt bzw. behandelt werden.
Folgende Betriebsdaten liegen zugrunde:
Desorptionsdruck PD: < 100 mbar Kondensations-Überdruck rk: min. 5,0 bar Adsorptionsmittel: ca. 65 kg Aktivkohle, 1,0 bis 4,0 mm Länge der Strömungskanäle: 1.000 mm Lichte Weite der Strömungskanäle: 20 mm
Adsorption
Abluftmenge: 800 Nm3/h Adsorptionsdruck PAD (Betriebsdruck): 5,0 bar Eintrittstemperatur: 75°C nach Verdichtung Schadstoff in der Abluft: Aceton Schadstoffkonzentration am Eintritt: 350 mg/m3 Schadstoffkonzentration am Austritt: < 50,0 mg/m3 Temperaturerhöhung durch Adsorption: ca. 1,0°C Kühlmedium: Kühlwasser mit 25,0°C Temperatur im Adsorber (Baueinheit): 28,0°C Dauer der Adsorption: ca. 60 Minuten
Regeneration
Heizmedium: Heißwasser, 90°C Desorptionsdruck PD: < 100 mbar Desorptionstemperatur: ca. 85°C Benötigte Desorptionsenergie: ca. 7,5 kW Spülgas: Teilstrom des Reingases (gereinigte Abluft)
Kondensationsdruck rk: 5,0 bar Kondensationstemperatur: ca. 25°C Regenerationsdauer: 40 Minuten Kühlung: 15 Minuten
[0079] Im vorliegenden Beispiel A läuft das erfindungsgemäße Verfahren wie folgt ab. Die unbehandelte Abluft mit einer geringen Schadstoffkonzentration von 350 mg/m3 Aceton wird als Rohgas G durch den Verdichter 23 auf einen Absolutdruck von 5,0 bar verdichtet und über die Zuführleitung 4 in den Verteilraum 3a bzw. 3b des Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschers la bzw. lb befördert. Durch die Verdichtung wird die Schadstoffkonzentration im Rohgas G auf 1,4 g/m3 Aceton erhöht, was eine verbesserte Adsorption an der Aktivkohle zur Folge hat.
[0080] Der Hohlprofiladsorber la bzw. lb besteht aus einem Paket mehrerer parallel zueinander beabstandeter Hohlprofilreihen, die vertikal aufwärtsgerichtete mit Adsorptionsmittel AM gefüllte Strömungskanäle 21 bilden. Die vertikalen Strömungskanäle 21 werden von einem Kühl- oder Heizmedium im Kreuzstrom umströmt, wodurch der im Strömungskanal 21 am Adsorptionsmittel AM stattfindende Stoffaustausch im indirekten Wärmeaustausch mit dem Kühlmedium K steht, so dass die im Verdichter entstehende Kompressionswärme ohne eine zusätzlichen Vorkühler abgeführt werden kann.
Als Adsorptionsmittel kommt Aktivkohle mit einer Partikelgröße 1,0 bis 4 mm mm zum Einsatz, die in die Strömungskanäle 21 der Hohlprofile 8 eingeschüttet wird.
Die in den Strömungskanälen 21 angeordneten Strömungsschikanen 24 wirken außerdem durch die Erzeugung von Turbulenzen der Randgängigkeit in den Strömungskanälen 21 entgegen. Nach der Adsorption wird die komprimierte Abluft hinter dem Druckregelventil 34 entspannt und verlässt über die Abführleitung 6 als Reingas G mit einer Schadstoffkonzentration von < 50 mg/m3 Aceton den erfindungsgemäßen Hohlprofiladsorber.
Bei der Adsorption wird die in den Strömungskanälen 21 befindliche Aktivkohle insgesamt 50 Minuten beladen. Nach Schließen der Absperrarmatur 28 und Öffnen der Absperrarmatur 29 wird der zuvor regenerierte Hohlprofiladsorber lb zugeschaltet und die Regeneration des beladenen Hohlprofiladsorbers lb beginnt. Während der Regeneration werden die Strömungskanäle 21 des Hohlprofiladsorbers im Kreuzstrom mit Heißwasser mit einer Temperatur von 90°C umströmt. Mittels der Vakuumpumpe 60 und dem Regelventil 38 wird den Strömungskanälen 21 das Spülgas SG zugeführt und der Desorptionsdruck pD auf < 100 mbar eingeregelt. Die Regeneration der Aktivkohle benötigt 40 Minuten. Der Energieaufwand für die 40- minütige Regeneration beträgt 7,5 kW. Das im Kondensator 61 bei einem Kondensationsüberdruck pv von 5,0 bar anfallende Aceton kann dem Produktionsprozess als Rezyklat erneut zugeführt werden.
[0081] Ähnlich wie im Beispiel A beschrieben, kann auch Abluft mit anderen
Lösemitteln, beispielsweise Benzin, Toluol, Dichlormethan, Ethanol um nur einige gängige Schadstoffe zu nennen, in ähnlicher Form aufbereitet werden.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichten Restkonzentrationen entsprechen den derzeitigen gesetzlichen Forderungen, z.B. bei 20 mg/m3 oder 50 mg/m3. Durch direkten Wärmeaustausch ist es möglich, das Spülgas SG für den Abtransport der desorbierten Lösemittel zu nutzen, die Lösemittelkonzentration im Spülgas SG durch die Regelung des Zuflusses an Spülgas frei einstellbar zu erhöhen und die Lösemittel wasserfrei zurückzugewinnen.
[82] Beispiel B
In einer kleinen Erdgasverflüssigungsanlage sollen pro Tag 30 Tonnen verflüssigtes Erdgas (LNG) hergestellt werden. Das im Pipeline-Erdgas enthaltene C02 muss vor der Verflüssigung auf einen Wert unterhalb von 50 ppmv reduziert werden. Die zur Regeneration benötigte Menge an Spülgas SG (gereinigte Erdgas) soll ein Minimum erreichen
Folgende Betriebsdaten liegen zugrunde :
Länge der Strömungskanäle : 1.500 mm Lichte Weite der Strömungskanäle: 20 mm
Adsorption
Benötigter Erdgasdurchsatz: 1.800 Nm3 Durchsatz pro Hohlprofiladsorber: 600 Nm3/h Benötigte Anzahl Hohlprofiladsorber: 3 C02-Fracht: 18 kg/h Adsorptionsdruck PAD; 50 bar
Adsorptionsmittel: Molekularsieb 5A, 1,6 bis 2,5 mm Geforderte Austrittskonzentration: < 50 ppmv CO2 Dauer der Adsorption: ca. 120 Minuten
Regeneration
Heizmedium: Heißwasser, 95°C Desorptionsdruck PD: < 100 mbar Regenerationsdauer: 60 Minuten Spülgas: Reingas (gereinigtes Erdgas)
Kühlmedium: Kühlwasser mit 25°C Kühlung: 45 Minuten
[83] Das erfindungsgemäße Verfahren wird wie im Beispiel A beschrieben durchgeführt. Da das Pipeline-Erdgas unter Druck steht, kann jedoch auf die Kompression durch einen Verdichter verzichtet und das Rohgas G (Erdgas) mit dem Gebläse 23 in den Verteilraum 3a bzw. 3b befördert werden. Der besondere Vorteil besteht hier in der deutlich verbesserten C02-Adsorption, am Molekularsieb unter einem Druck von 50 bar. Darüber hinaus kann die zur Regeneration benötigte Menge an Spülgas SG auf ca. 1% der eingesetzten Menge an Rohgas (Erdgas) reduziert werden. Bei einer konventionellen Adsorption im Festbettadsorber würde die benötigte Menge an Regenerationsgas bei Normaldruck dagegen ca. 36% der eingesetzten Menge an Erdgas betragen. Ein wirtschaftlicher Betrieb eines derartigen Festbettadsorbers wäre damit nur bedingt möglich.
[84] Bezugszeichenliste
Adsorber-Baueinheit 1
Hohlprofiladsorber la, lb
Gehäuse 2
Gehäusemantel von la, lb 2a zuströmseitiger Verteilraum von la, lb 3a, 3b
Zuführleitung für Rohgas G 4
Abströmseitiger Sammelraum von la, lb 5a, 5b
Abführleitung für Reingas RG 6
Hohlprofilanordnung 7
Hohlprofile 8
Strömungsleit- und Abstandsblech 9
Hohlprofilreihe 10
Versatz 11
Abstandshalterprofile in 9 12
Wandung von 2 13
Strömungsräume 14
Verteilraum für Kühl· bzw. Heizmedium 15
Kopfseitiger Boden von 1 16
Formteile von 16 16.1-16. n
Fußseitiger Boden von 1 17
Formteile von 17 17.1-17. n
Kopfteil von la, lb 18
Fußteil von la, lb 19
Lücke in WB 20
Strömungskanäle 21
Sieb 22
Gebläse, Verdichter 23
Strömungsschikanen 24
Wandung von 8 25
Ausprägung 26
Verbindungsleitung zu 3a 27a Verbindungsleitung zu 3b 27b
Absperrarmatur in 27a 28
Absperrarmatur in 27b 29
Drucksensor in 3a, 3b 30
Steuerleitung 31
Steuereinheit 32
Drucksensor in 5a, 5b 33
Druckregelventil in 39a, 39b 34
Spülgasleitung für Spülgas SG 35
Zuführleitung von SG in 3a 36a
Zuführleitung von SG in 3b 36b
Regelventil in 36a für den Zufluss an SG 37
Regelventil in 36b für den Zufluss an SG 38
Verbindungsleitung von 5a zu 6 für Reingas RG 39a
Verbindungsleitung von 5b zu 6 für Reingas RG 39b
Absperrarmatur in 39a 40
Absperrarmatur in 39b 41
Zuflussseitige Verbindungsleitung für Kühlmedium 42
Absperrarmatur in 44a 43a
Absperrarmatur in 44b 43b
Abführleitung für Kühlmedium von la 44a
Abführleitung für Kühlmedium von lb 44b
Absperrarmatur in 47 für Heizmedium zu la 45
Absperrarmatur in 47 für Heizmedium zu lb 46
Zuflußseitige Verbindungsleitung für Heizmedium 47
Zuführleitung für Kühlmedium 48
Zuführleitung für Heizmedium 49
Absperrarmatur in 42 für Kühlmedium zu la 50
Absperrarmatur in 42 für Kühlmedium zu lb 51
Absperrarmatur in 54a für Kondensat von la 52a
Absperrarmatur in 54a für Heizmedium von la 53a
Abführleitung für Kondensat/Heizmedium von la 54a
Abführleitung für Kondensat/Heizmedium von lb 54b
Absperrarmatur in 54b für Heizmedium von lb 55a Absperrarmatur in 54b für Kondensat von lb 55b
Desorbatleitung 56
Absperrarmatur in 56 für la 57
Absperrarmatur in 56 für lb 58
Abführleitung für Desorbat DS 59
Vakuumpumpe 60
Wärmeaustauscher/Kondensator 61
Kondensatablass 62
Rückgasleitung 63
Druckregelventil in 63 64
Gassensoren 65
Drucksensor 66
Adsorptionsmittel AM
Senkrechte Achse zu RA AS
Desorbat DS
Rohgas G
Achse des Gehäusemantels 2 GA
Rückgas GR
Heizung/Heizmedium, Kondensat H
Kühlung/Kühlmedium K
Längsrichtung von 10 LR
Rohrachse RA
Adsorptionsdruck PAD
Desorptionsdruck PD
Desorbatdruck PDS
Druck des Rohgases G PG
Druck des Rückgases GR PGR
Kondensations-Überdruck rk
Druck des Reingases PRG
Druck des Spülgases psG
Saugseitiger Druck der Vakuumpumpe pv
Reingas RG
Stoß S
Strömungspfade von K bzw. H SF
Spülgas SG Strömungsrichtung der Teilströme TG des Rohgases SRR
Schweißverbindung im Stoß SV
Teilströme des Rohgases G TG
Teilströme des Spülgases SG TS
Lichte Weite von 21 W
Wellenberge von 9 WB Hierzu 11 Blatt Zeichnungen-

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Behandeln eines mit mindestens einer gasförmigen Schad- und/oder Nutzkomponente belasteten Rohgases (G), bei dem das von einem Gebläse und/oder Verdichter (23) unter Druck (PG) gesetzte Rohgas (G) über einen zuströmseitigen Verteilraum (3a, 3b) eine Vielzahl von offenendigen, mit Adsorptionsmittel (AM) gefüllte Strömungskanäle (21) einer Hohlprofilanordnung (7) in parallel aufgeteilten Teilströmen (TG) solange durchströmt, bis das Adsorptionsmittel durch Adsorption mit der Schad- und/oder Nutzkomponente gesättigt ist, wobei die bei der Adsorption entstehende Wärme durch ein in Strömungsräumen (14) im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen (21) geführtes Kühlmedium (K) indirekt abgeführt wird, und die Teilströme (TG) nach ihrem Verlassen der Strömungskanäle (21) in einem abströmseitigen Sammelraum (5a, 5b) zusammengeführt und als Reingas (RG) über eine Reingasleitung (6) abgeführt werden, sodann das in den Strömungskanälen (21) befindliche gesättigte Adsorptionsmittel (AM) regeneriert wird, indem das Adsorptionsmittel (AM) einem unter dem Adsorptionsdruck (PAD) des Rohgases (G) liegenden Desorptionsdruck (pü) ausgesetzt und gleichzeitig durch ein im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen (21) geführtes Heizmedium (H) indirekt auf Desorptionstemperatur erhitzt wird bis die Schad- und/oder Nutzkomponente desorbiert, die mit einem Spülgas (SG) abgeführt wird, wobei eine Steuereinheit (32) in Abhängigkeit der Beladung des Adsorptionsmittels die Strömungskanäle (21) der Hohlprofilanordnung (7) vom Adsorptions- in den Regenerationszustand oder umgekehrt auf eine weitere Hohlprofilanordnung umschaltet, g e k e n z e i c h n e t durch ein Verwenden von Strömungskanälen (21) aus mindestens zwei Hohlprofilreihen (10) von in Längsrichtung (LR) untereinander stoffschlüssig verbundenen Hohlprofilen (8) mit einer lichten Weite (W) von mindestens 10 bis maximal 120 mm, in den Strömungskanälen (2l) positionierte Strömungsschikanen (24) und in den Strömungsräumen (14) befindliche Strömungspfade (SF) für das Kühl- und Heizmedium (K,H) bildende Strömungsleit- und Abstandsbleche (9) in folgenden Schritten: a) gleichzeitiges Erzeugen von Turbulenzen in den Teilströmen (TG) des
Rohgases (G) innerhalb der Strömungskanäle (21) und im Kühlmedium (K) innerhalb der Strömungsräume (14) während der Adsorption bzw. den Teilströmen (TS) des Spülgases (SG) in den Strömungskanälen (2l) und im Heizmedium (H) in den Strömungsräumen (14) während der Regeneration, b) Einregeln des Adsorptionsdruckes (PAD) in den Strömungskanälen (2l) während der Adsorption durch Drosseln des Abflusses an Reingas (RG) aus dem Sammelraum (5a, 5b) auf einen Überdruck von 0,1 bis 60,0 bar, c) Einregeln des Desorptionsdruckes (PD) in den Strömungskanälen (21) während der Regeneration durch Drosseln des Zuflusses an Spülgas (SG) in den Verteilraum (3a, 3b) auf einen Absolutdruck von 0,01 bis 1,0 bar unter Aufrechterhaltung eines am Sammelraum (5a, 5b) saugseitig anliegenden
Unterdrucks (pv) einer Vakuumpumpe (60), und d) Einregeln eines Kondensations-Überdruckes (rk) beim Trennen des durch die Desorption aufgeheizten Desorbats (DS) in einem Wärmeaustauscher/Kondensator (6l) mittels Kondensation in die Schad- und/oder Nutzkomponente und ein Rückgas (GR) auf einen Überdruck von 0,1 bis 5,0 bar durch Drosseln des Abflusses an Rückgas (GR) aus dem Wärmeaustauscher/Kondensator (61).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbulenzen im Rohgas (G) und im Spülgas (SG) durch Strömungsschikanen (24) erzeugt werden, die als Ausprägungen (26) senkrecht und/oder quer zur Strömungsrichtung (SRR) in der Wandung (25) des Strömungskanals (9) gleichzeitig mit der Herstellung der Hohlprofile (8) ausgebildet werden, wobei die Ausprägungen (26) nach innen in den Strömungskanal (21 und/oder nach außen in den Strömungsraum (14) ausgerichtet sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbulenzen im Kühl· oder Heizmedium (K, H) durch in den Strömungsräumen (14) zwischen den Hohlprofilreihen (10) positionierte Strömungsleit- oder Abstandbleche (9) erzeugt werden, wobei das Kühlmedium (K) während der Adsorption oder das Heizmedium (H) während der Regeneration im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen (21) ein- oder mehrgängig geführt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Adsorptionsdruck (PAD) derart eingeregelt wird, dass der Druck (PG) des Rohgases (G) im Verteilraum (3a, 3b) und der Druck (PRG) des Reingases (RG) im Sammelraum (5a, 5b) durch mit der Steuereinheit (32) verbundene Drucksensoren (30,33) gemessen werden, die Steuereinheit (32) die Messwerte mit einem vorgegebenen Sollwert für den Adsorptionsdruck (PAD) vergleicht und bei Abweichung das Gebläse (23) und ein dem Sammelraum (5a, 5b) nachgeordnetes Druckregelventil (39) ansteuert, das den Abfluss an Reingas (RG) aus dem Sammelraum (5a, 5b) derart einstellt, dass der Adsorptionsdruck (PAD) dem Sollwert für den Adsorptionsdruck (PAD) entspricht.
5. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Desorptionsdruck (PD) derart eingeregelt wird, dass der Druck (PSG) des Spülgases (SG) im Verteilraum (3a, 3b) und der anliegende Druck (pv) der Vakuumpumpe (60) im Sammelraum (5a, 5b) durch mit der Steuereinheit (32) verbundene Drucksensoren (30,33) gemessen werden, die Steuereinheit (32) die Messwerte mit einem vorgegebenen, in der Steuereinheit (32) hinterlegten Sollwert für den Desorptionsdruck (PD) vergleicht und bei Abweichung die dem Sammelraum (5a, 5b) nachgeordnete Vakuumpumpe (60) und ein dem Verteilraum (3a, 3b) vorgeordnetes Regelventil (37,38) ansteuert, das den Zufluss an Spülgas (SG) in den Verteilraum (3a, 3b) derart einstellt, dass der Desorptionsdruck (PD) dem Sollwert für den Desorptionsdruck (PD) entspricht.
6. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Kondensations-Uberdruck (rk) derart eingeregelt wird, dass der Druck (PGR) des Rückgases (GR) nach Verlassen des Wärmeaustauschers/Kondensators (61) durch einen mit der Steuereinheit (32) verbundenen Drucksensor (66) gemessen wird, die Steuereinheit (32) den Messwert mit einem vorgegebenen, in der Steuereinheit (32) hinterlegten Sollwert für den Kondensations-Überdruck (rk) vergleicht und bei Abweichung ein dem Wärmeaustauscher/Kondensator (61) nachgeordnetes Druckregelventil (64) ansteuert, das den Abfluss an Rückgas (GR) derart einstellt, dass der Kondensations-Überdruck (rk) dem Sollwert für den Kondensations- Überdruck (rk) entspricht.
7. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als Spülgas (SG) Reingas (RG) oder Inertgas verwendet wird, das in Teilströme (TS) während der Regeneration aufgeteilt wird, wobei je ein Teilstrom in jeweils einen mit gesättigtem Adsorptionsmittel (AM) gefüllten Strömungskanal (9) geleitet wird, diesen durchströmt und die desorbierte Schad- und/oder Nutzkomponente aus dem Adsorptionsmittel (AM) in den Sammelraum (5a, 5b) austrägt und zum Desorbat aus Spülgas und Schad- und/oder Nutzkomponente zusammengeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Hohlprofile (8) in Form von Präzisionsrohren oder Rechteck- oder Kastenprofilen aus dünnem Edelstahl-, Kupfer,- oder Aluminiumblech verwendet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlprofile (8) entlang einer zur Längsachse (LA) der Hohlprofile (8) parallel verlaufenden Längsrichtung an ihrer äußeren Wand miteinander durch Laserlinienschweißen oder Punktschweißen oder Hartlöten zu einer Hohlprofilreihe (10) verbunden werden.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium (K) während der Adsorption oder das Heizmedium (H) während der Regeneration in den durch die Hohlprofilreihen gebildeten Strömungsräumen (14) im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen (21) ein- oder mehrgängig geführt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmedium (K) Wasser oder Wasser-Glykol-Gemische und als Heizmedium Wasserdampf, heißes Wasser oder heiße Gase verwendet werden.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kondensierte Schad- und/oder Nutzkomponente über einen Kondensatablass (62) abgeführt und das den Wärmeaustauscher (6l) verlassende Rückgas (GR) dem Rohgas (G) zugemischt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Adsorptionsmittel (AM) Schüttungen aus Aktivkohlegranulat, Aluminiumoxid-Gel, Silica-Gel, Molekularsiebe oder deren Gemische verwendet werden.
14. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Gebläse (23) ein Drehkolbengebläse oder ein Verdichter verwendet wird.
15. Hohlprofilsorber zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Vielzahl von aus Hohlprofilen (8) gebildeten Strömungskanälen (21) und zu diesen im Kreuzstrom verlaufenden Strömungsräumen (14) angeordnet sind, wobei die mit Adsorptionsmittel (AM) befüllten Strömungskanäle (21) für den Durchtritt des in Teilströme (TG) aufgeteilten Rohgases (G) in einen zuströmseitigen, an eine Zuführleitung (4) angeschlossenen Verteilraum (3a, 3b) und eine abströmseitigen an eine Reingasleitung (6) angeschlossenen Sammelraum (5a, 5b) münden, die durch die Strömungskanäle (21) miteinander durchströmungsoffen verbunden sind, und die Strömungsräume (14) in einen die Strömungskanäle (21) umschließenden Verteilraum (15) für das Zu- und Abführen eines Kühl· oder Heizmediums (K,H) zum indirekten Kühlen oder Heizen des Adsorptionsmittels (21) durchströmungsoffen münden, und mit einer Steuereinheit (32), die die mit der Schad- und/oder Nutzkomponente beladene Adsorptionsmittel in den Strömungskanälen (21) aus dem Adsorptions- in den Regenerationszustand oder umgekehrt umschaltet, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Hohlprofile (8) in mindestens zwei übereinander auf Versatz (ll) liegende Hohlprofilreihen (10) zusammengefasst sind, die durch in den Strömungsräumen (14) für das Kühl· oder Heizmedium (K,H) angeordneten Strömungsleit- und Abstandsbleche (9) voneinander beabstandet sind, wobei die Hohlprofile (8) parallel nebeneinander entlang einer zur Längsachse (LA) der Hohlprofile (8) senkrecht verlaufenden Achse (AS) auf Stoß liegen und im Stoß miteinander zumindest punktweise stoffschlüssig verbunden sind und dass die Strömungskanäle (2l) eine lichte Weite (W) von mindestens 10 bis maximal 120 mm haben und im Inneren Strömungsschikanen (24) zum Erzeugen von Turbulenzen aufweisen, und dass der zuströmseitige Verteilraum (3a, 3b) mit einer Spülgasleitung (35) zum Zuführen des in Teilströmen (TS) aufgefächerten Spülgases (SG) und dessen Einleitung in die Strömungskanäle (2l) für den Abtransport der desorbierten aufgeheizten Schad- und/oder Nutzkomponente aus dem Adsorptionsmittel (AM) als Desorbat in den Sammelraum (5a, 5b) in Verbindung steht, wobei an die Spülgasleitung (35) ein Regelventil (37,38) zum Drosseln des Zuflusses an Spülgas (SG) in den Verteilraum (3a, 3b) und der Sammelraum (5a, 5b) abströmseitig an eine Vakuumpumpe (60) saugseitig angeschlossen ist, und dass die Vakuumpumpe (60) druckseitig mit einem Wärmaustauscher/Kondensator (6l) zum Auftrennen des Desorbats in die Schad-und/oder Nutzkomponente und ein Rückgas (GR) verbunden ist, wobei der Wärmeaustauscher/Kondensator (61) mit einem Abscheider (62) zum Ausschleusen der Schad- und/oder Nutzkomponente und der Wärmetauscher (6l) mit einer Rückgasleitung (63) zum Abführen des Rückgases (GR) in die Zuführleitung (4) des Rohgases (G) in Verbindung steht, wobei ein Druckregelventil (64) durch Drosseln des Abflusses des Rückgases (GR) während der Kondensation in die Rückgasleitung (63) eingebunden ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleit· und Abstandsblech (9) ein dünnes Wellblech mit in die Wellenberge (WB) eingeformte, die Höhe der Wellenberge (WB) übersteigende Abstandshalterprofile (12) umfasst, die zueinander von Wellenberg zu Wellenberg auf Lücke (20) versetzt angeordnet sind, wobei die Abstandhalterprofile (12) in den von den über- und untereinanderliegenden Hohlprofilreihen (10) gebildeten Lücken (20) abstützend eingreifen und das jeweilige Abstandshalterprofil (12) jeweils endseitig an der dazugehörigen Hohlprofilreihe (10) stoffschlüssig fixiert ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsschikanen (24) aus Ausprägungen (26) gebildet sind, die quer und/oder parallel zur Strömungsrichtung (SRR) des Teilstroms (TG) des Rohgases (G) oder Spülgases (SG) in die Wandung (20) der Hohlprofile (8) nach innen und/oder von der Wandung (25) nach außen gerichtet eingeformt sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verteilraum (3a, 3b) und dem Sammelraum (5a, 5b) jeweils ein Drucksensor (30,33) zum Messen des Druckes (rs) des Rohgases (G), des Druckes (PRG) des Reingases (RG) während der Adsorption und des Druckes (PSG) des Spülgases während Regeneration zugeordnet ist, wobei die Drucksensoren (30,33) mit der Steuereinheit (32) verbunden sind, die zum Ansteuern des Gebläses bzw. Verdichter (23) in der Zuführleitung (4), des Druckregelventils (34) zum Drosseln des Abflusses an Reingas (RG) aus dem Sammelraum (5a, 5b), der Vakuumpumpe (60) zum Erzeugen eines Unterdrucks während der Regeneration und der Regelventile (37,38) zum Drosseln des Zuflusses an Spülgas (SG) in den Verteilraum (3a, 3b) in Verbindung steht.
19. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauscher/ Kondensator (61) abströmseitig mit der Zufuhr leitung (4) für das Rohgas (G) durch die Rückgasleitung (63) über das Druckregelventil (64) zum Drosseln des Abflusses des Rückgases (GR) aus dem Wärmeaustauscher/Kondensator (61) verbunden ist, wobei zum Messen des Rückgasdruckes (PGR) ein dem Wärmeaustauscher/Kondensator (61) nachgeordneter Drucksensor (66) vorgesehen ist, der mit der Steuereinheit (32) verbunden ist.
20. Hohlprofiladsorber nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlprofilreihen (10) zu einer rechteckigen Adsorber-Baueinheit (l) zusammengefasst sind, die im Innenraum eines rechteckigen oder zylindrischen Gehäuses (2) mit dem die Adsorber-Baueinheit (l) umschließenden, über Verbindungsleitungen (42,44a;47,54a) und Absperrarmaturen (50,51; 43a, 43b; 45,46; 52,53a) mit Kühl- oder Heizmedium (K,H) versorgten Verteilraum (15), einem als Kopfteil (18) ausgebildeten zuströmseitigen Verteilraum (3a, 3b) für das Rohgas (G) bzw. Spülgas (SG) und einem als Fußteil (19) ausgebildeten abströmseitigen Sammelraum (5a, 5b) für das Reingas (RG) bzw. Desorbat (DS) auswechselbar angeordnet ist, wobei die horizontalen Strömungsräume (14) für das Kühl- oder Heizmedium (K,H) in den Verteilungsraum (15) durchströmungsoffen münden und der Verteilraum (3a, 3b) durch die Strömungskanäle (21) mit dem Sammelraum (5a, 5b) durchströmungsoffen verbunden sind.
21. Hohlprofiladsorber nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlprofilreihen (10) mindestens durch einen kopfseitigen Boden (16), einem fußseitigen Boden (17) und ggf. von einem Zwischenboden unter Ausbildung der Strömungsräume (14) voneinander beabstandet gehalten sind, wobei der jeweilige Boden entweder aus einem einzigen Formteil oder mehreren an die Kontur der Hohlprofilreihen (10) angepassten Formteile (l6.1,16.n;l7.1-17.n) bestehen, die untereinander und mit den Hohlprofilreihen (10) stoffschlüssig verbunden sind.
22. Hohlprofiladsorber nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Baueinheiten (l) in dem Gehäuse (2) des Hohlprofiladsorbers (la,lb) angeordnet sind und dass jede Baueinheit (l) mit dem zuflussseitigen Verteilraum (3a, 3b) und dem abströmseitigen Sammelraum (5a, 5b) versehen ist, wobei die Verteilraum (3a, 3b) und der Sammelraum (5a, 5b) durch die römungskanäle (9) untereinander strömungsverbunden sind.
23. Hohlprofiladsorber nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorber-Baueinheit (l) eine vertikale oder horizontale Einbaulage im Inneren des Gehäusemantels (2) hat.
24. Hohlprofildsorber nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlprofile (8) Präzisionsrohre oder Rechteck- oder Kastenprofile aus dünnem Edelstahl-, Kupfer,- oder Aluminiumblech umfassen.
25. Hohlprofiladsorber nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (21) zuström- und abströmseitig mit einem vom Roh- oder Spülgas (G, SG) durchströmbaren Sieb (22) abgedeckt sind, dessen Maschengröße kleiner ist als die kleinste Partikelgröße des Adsorptionsmittels.
26. Hohlprofiladsorber nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauscher/ Kondensator (61) abströmseitig mit der Zufuhrleitung (4) für das Rohgas (G) durch die Rückgasleitung (63) über das Druckregelventil (64) verbunden ist.
27. Hohlprofiladsorber nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülgas (SG) Reingas (RG) oder ein Inertgas, beispielsweise Stickstoff, ist.
28. Hohlprofiladsorber nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass ein separater Spülgas-speicher vorgesehen ist, der mit der Spülgasleitung (26) in Verbindung steht.
29. Hohlprofiladsorber nach Anspruch 15, d a d u r c h gekennzeichnet, dass die mit Adsorptionsmittel (AM) gefüllten Strömungskanäle (21) der beiden Hohlprofiladsorber (la,lb) zueinander über Verbindungsleitungen (27a, 27b,39a, 39b) und Absperrarmaturen (28,29,40,41) und die den Strömungsräumen (14) zugeordnete indirekte Kühlung oder Heizung (K, H) für das Adsorptionsmittel (AM) über den Verteilraum (15) der beiden Hohlprofiladsorber (la, lb) über Verbindungsleitungen (42;47) und Absperrarmaturen (50,51; 45,46) durch die Steuereinheit (32) umschaltbar angeordnet sind.
30. Hohlprofiladorber nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorptionsmittel (AM) eine Schüttung aus Aktivkohlegranulat, Aluminiumoxid-Gel, Silica-Gel, Molekularsiebe oder deren Gemische mit einer Partikelgröße zwischen 0,6 bis 6,0 mm ist.
31. Hohlprofiladsorber nach Anspruch 15, d a d u r c h gekennzeichnet, dass die Hohlprofilreihen (10) und die Strömungsleit- und Abstandbleche (9) aus dünnem Edelstahl-, Kupfer- oder Aluminiumblech bestehen.
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