DE2624346C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zerlegung von Gasen durch Adsorption in einer Anlage mit neun zyklisch vertauschbaren Adsorbern, deren Schaltzyklen so gegeneinander verschoben sind, daß sich die Adsorptionsstufen mindestens jeweils dreier Adsorber überlappen, wobei die Gase unter Druck durch ein Adsorptionsmittel geleitet werden, bis es mindestens mit einem Teil der bevorzugt adsorbierten Komponenten beladen ist, und die nichtadsorbierten Komponenten als Produkt abgezogen werden, wonach der Druck über dem Adsorptionsmittel in mehreren Stufen im Gleichstrom und in einer letzten Drucksenkungsstufe im Gegenstrom zur Beladungsrichtung abgesenkt, das Adsorptionsmittel mit Drucksenkungsgas aus einem anderen Adsorber gespült und der Druck in mehreren Stufen mit Gas aus Gleichstromdrucksenkungsstufen anderer Adsorber erhöht wird.

Zur Reinigung von Gasen, beispielsweise zur Reinigung von Erdgas, von Edelgasen, von Stadtgasen oder von gasförmigen Kohlenwasserstoffen, ist es bekannt (DT-PS 12 72 891), das Gas unter Druck über ein zeolithisches Molekularsieb zu leiten, das eine oder mehrere Komponenten bevorzugt vor anderen Komponenten des Gasgemisches adsorbiert, wodurch ein von den bevorzugt adsor­ bierten Komponenten weitgehend befreiter Gasstrom gewonnen werden kann. Bei dem bekannten Verfahren wird das Adsorptionsmittel nicht bis zum Durchbruch beladen, sondern die Beladung zu einem Zeit­ punkt abgebrochen, wo noch ein gewisser Teil des Bettes unbeladen ist. Das hat den Vorteil einer größeren Reinheit der nicht adsor­ bierten Komponenten. Beim bekannten Verfahren schließt sich an die Adsorption eine Druckentspannung an, die so dosiert wird, daß die Beladungsfront bis an oder bis kurz vor das Ende des Adsorbers wandert, wobei gleichzeitig nicht bevorzugte, aber mitadsorbierte Komponenten freigesetzt werden. Dies führt zu einer Erhöhung der Ausbeute, aber auch zu einer Erhöhung der Reinheit der adsor­ bierten Komponenten, was insbesondere dann wesentlich ist, wenn auch diese Komponenten, beispielsweise wie bei der Zerlegung eines Kohlenwasserstoff-Gemisches, möglichst rein und in möglichst hoher Ausbeute gewonnen werden sollen. Die Gewinnung des Adsorbats geschieht bei dem bekannten Verfahren durch eine weitere Druck­ senkung über dem Absorbens, und zwar vorzugsweise in zur Adsorp­ tionsrichtung entgegengesetzter Richtung, da dadurch das Auslaß­ ende des Adsorbers nicht unnötig verunreinigt wird. Nach der Desorption muß dann das Adsorptionsbett wieder auf den Druck der Adsorption gebracht werden, was bei dem bekannten Verfahren durch Einleiten von nicht bevorzugt adsorbierten Komponenten er­ folgt.

Das bekannte Verfahren wird entweder in einer Anlage mit drei oder vier Adsorbern, die zyklisch vertauscht werden, durchgeführt, oder in einer Anlage mit fünf Adsorbern, wobei sich die Adsorptionsphasen von jeweils zwei Adsorbern überschneiden. Diese Maßnahme dient bei dem bekannten Verfahren dazu, um einen ununterbrochenen Produktgasstrom zu erhalten.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß das Restgas, also die zuvor adsorbierten Komponenten, bei diesem bekannten Verfahren mit so stark schwankenden Drucken anfällt, daß im Falle der Weiter­ verarbeitung eines solchen Restgases ein hinter der Anlage befin­ dlicher Kompressor nicht befriedigend arbeitet.

Zur Erzielung hoher Produktausbeuten ist auch vorgeschlagen worden (DE-PS 26 29 450), das zu zerlegende Gas in einer Anlage mit mehreren parallelgeschalteten Adsorbern aufzutrennen, wobei die Adsorptionsphasen der einzelnen Adsorber derart überlappen, daß sich immer wenigstens zwei in Adsorption befinden. Die Adsorberzahl einer derartigen Anlage beträgt mindestens 7. Das aufzutrennende Gas wird über ein Adsorptionsmittel geleitet, welches die unerwünschten Komponenten adsorbiert, und das Produkt gereinigt gewonnen. Die Beladung des Adsorptionsmittels wird beendet, bevor die den Adsorber durchwandernde Beladungsfront unerwünschter Komponenten dessen Austrittsende erreicht. Danach erfolgt im Gleichstrom zur Absorptionsrichtung eine mehrstufige Drucksenkung, wobei das dadurch freigesetzte Gas zum Druckaufbau zuvor regenerierter Adsorber, die sich auf unterschiedlichen Druckniveaus befinden, verwendet wird. Um die Verunreinigung des Adsorberaustritts mit unerwünschten Komponenten zu vermeiden, wird schließlich eine Gegenstromdrucksenkung durchgeführt und der Adsorber gespült. Ist das Adsorptionsmittel regeneriert, erfolgt eine stufenweise Druckerhöhung mit Gleichstromdruckentspannungsgas anderer Adsorber.

Dieses Vorgehen ermöglicht eine deutliche Erhöhung der Ausbeute an nichtadsorbiertem Produkt, doch andererseits werden die adsorbierten Komponenten als unerwünscht verworfen.

Aus der DE-AS 17 69 936 ist ein weiteres Druckwechsel- Adsorptionsverfahren zum Trennen von Gasgemischen bekannt, das mit fünf Adsorberbetten und einem zweistufigen Druckausgleich vor dem Spülen arbeitet. Dies ist insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich, wonach jeweils der Druckausgleich I eines Adsorberbettes mit dem Wiederaufdrücken II eines anderen Bettes und der Druckausgleich II eines Bettes mit dem Wiederaufdrücken I eines anderen Bettes in Verbindung steht. In den weiteren, dem Spülvorgang vorausgehenden Stufen, nämlich der Gleichstrom- und der Gegenstrom-Druckminderung, wird beim bekannten Verfahren kein Druckausgleich mit einem anderen Adsorberbett hergestellt. Vielmehr wird während der Gleichstromdruckminderung das aus dem Adsorberbett ausgetragene Gas zum Spülen eines anderen Adsorberbettes benutzt, während im Verlauf der Gegenstromdruckminderung das betreffende Adsorberbett von den übrigen Adsorberbetten ganz abgetrennt ist. Weiterhin befindet sich bei diesem bekannten Verfahren jeweils nur ein Adsorberbett in der Adsorptionsphase, sodaß keine Überlappung der Adsorptionsstufen stattfindet.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das es nicht nur ermöglicht, die bevorzugt adsorbierten Komponenten, sondern auch die übrigen unter einem gleichmäßigeren Druck zu liefern, als es mit den bekannten Verfahren möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die der Gegenstromdrucksenkung vorangehende Gleichstromdrucksenkung und die Erhöhung des Druckes auf Adsorptionsdruck in jeweils vier Stufen erfolgen, wobei das in der dritten Gleichstromdrucksenkungsstufe freiwerdende Gas eines Adsorbers zum Spülen eines anderen Adsorbers dient.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren befinden sich stets mindestens drei Adsorber in Adsorption, während die übrigen entspannt, regeneriert und wieder auf Druck gebracht werden. Als am zweckmäßigsten hat es sich erwiesen, das erfindungsgemäße Verfahren in einer Anlage mit neun Adsorbern durchzuführen. Diese Zahl kann jedoch in gewissen Grenzen verkleinert oder vergrößert werden. Eine Verkleinerung führt zwar zu einer Einsparung an Apparaten und Adsorptionsmittel, bedingt jedoch eine kürzere Zeitspanne für die Verfahrensschritte der Entspannung, Regenerierung und Druckerhöhung, was bedeutet, daß eine Verkleinerung der Anzahl der Adsorber auf Kosten der Ausbeute und der Reinheit der Produkte geht. Auf der anderen Seite erlaubt eine Erhöhung der Anzahl der Adsorber zwar die Möglichkeit einer Verlängerung der einzelnen Phasen, doch steigen die Investitionskosten nicht unerheblich an. Eine Erhöhung der Anzahl der Adsorber über neun hinaus ist deswegen nur dann vertretbar, wenn gleichzeitig auch mehr als drei Adsorptionsphasen zur Überschneidung gebracht werden, was hinwiederum eine weitere Vergleichmäßigung der Produktgas- und der Restgasströme sowohl hinsichtlich der Zusammensetzung als auch des Druckes bedeutet.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens kommen insbesondere bei Großanlagen zum Tragen, wo infolge der großen Mengen zu adsorbierender Stoffe ein erhebliches Adsorptionsmittel­ volumen eingesetzt werden muß. Wie die Erfahrung gezeigt hat, wer­ den bei dem bekannten Verfahren mit fünf Adsorbern Adsorptions­ mittelmengen in der Größenordnung von 300 m³ kritisch. Dann werden nämlich die Adsorptionstürme sehr groß und unverhältnismäßig teuer, da in einer Anlage mit beispielsweise fünf Adsorbern jeder ein Volumen von etwa 65 m³ haben müßte, was die übliche Baugröße weit übertrifft. Eine Aufteilung der gleichen Adsorptionsmittel­ menge auf beispielsweise neun Adsorptionstürme ergibt für diese wieder eine normale Baugröße, so daß die Kosten, die die größere Anzahl von Behältern mit sich bringt, gegenüber der teuren Bau­ weise mehr als ausgeglichen werden.

Die Drucksenkung erfolgt in mehreren Stufen im Gleichstrom und in der letzten Stufe im Gegenstrom zur Adsorptionsrichtung.

Gemäß einer besonderen Ausbildung des Erfindungsgedan­ kens werden die bei der Druckerniedrigung im Gleichstrom zur Adsorption anfallenden Gase in anderen Adsorbern der Anlage, die bereits entspannt wurden, verwendet, um diese zu spülen und den Druck in diesen Adsorbern wieder in die Nähe des Adsorptionsdruckes anzuheben. Durch diese mehrfache Abstufung der Entspannung und ihre Koppelung mit den mehrfach gestaffelten Druckaufbaustufen wird nicht nur eine bedeutend größere Reinheit der Produktgas- und der Restgasströme erreicht, sondern es ergibt sich auch eine beträchtliche Energieeinsparung, wenn die einzelnen Entspannungs- und Druckaufbaustufen so bemessen werden, daß die jeweiligen Ver­ fahrensschritte durch einen einfachen Kurzschluß zwischen jeweils zwei Adsorbern vollzogen werden können.

Für den praktischen Betrieb haben sich fünf Druckent­ lastungs- und vier Druckaufbaustufen als besonders zweckmäßig erwiesen. Die meisten dieser Stufen sind einfache Druckaus­ gleichsstufen. Das in der dritten Entspannungsstufe eines Adsor­ bers anfallende Gas wird jedoch durch einen anderen vollständig entspannten Adsorber geleitet und das dabei von dem zu spülenden Adsorber abströmende Gasgemisch zum Restgas geführt. Die Spülung findet auf dem niedrigsten Druckniveau des gesamten Verfahrens statt, um eine höchstmögliche Effektivität zu ergeben. Bevor indessen in dem sich in der dritten Entspannungsstufe befinden­ den Adsorber der Spülgasdruck erreicht ist, wird ein Ventil am Auslaßende des gespülten Adsorbers geschlossen, so daß das noch in diesen Adsorber überströmende Gas zum Aufbau der ersten Druck­ stufe verwendet werden kann. Die letzte Entspannungsstufe eines jeden Adsorbers liefert das sogenannte Restgas, welches fast ausschließlich aus den zuvor adsorbierten Komponenten besteht. Sie führt bis herunter zum Spülgasdruck. Bei diesem Druck wird das Restgas in einen Pufferbehälter überführt.

Wie bereits erwähnt, erfolgt nach dem Spülen eines Adsorbers wieder ein allmählicher Druckaufbau, indem der Adsor­ ber sukzessive mit auf immer höheren Drücken befindlichen ande­ ren Adsorbern in Druckausgleich gebracht wird. Nach Beendigung dieses Druckausgleichs ist der Druck in dem Adsorber, dessen Druck erhöht wurde, wieder bis fast auf den Adsorptionsdruck an­ gestiegen. Die letzte Druckerhöhung bis auf den Adsorptionsdruck erfolgt durch Einleiten von Produktgas aus der unter dem Adsorp­ tionsdruck befindlichen Produktgasleitung.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein reines Druckwech­ selverfahren. Eine Wärmezufuhr oder ein Entzug von Wärme von außen beim Desorbieren bzw. beim oder vor dem Adsorbieren erfolgen nicht, so daß das Verfahren im wesentlichen adiabatisch abläuft und energetisch außerordentlich günstig ist.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt, wie bereits erwähnt, nicht nur bei der Phasenverschiebung quasi parallel ge­ schalteter Adsorber, sondern auch bei der Gleichstromdrucksenkung nach erfolgter Adsorption und beim Druckaufbau nach erfolgter Spülung eine vielfache Abstufung. Auf diese Weise wird eine weit­ gehende Vergleichmäßigung der Produktgas- und der Restgasströme, sowohl was ihren Druck als auch was ihre Konzentration anbelangt, erreicht. (Zur Vereinfachung wird auch hier mit "Produktgas" das weniger stark adsorbierte Gas, mit "Restgas" das stärker adsor­ bierte Gas bezeichnet, obwohl unter Umständen beide als Produkte erwünscht sein können.) Der Druckstoß in die Produkt- oder in die Restgasleitung ist umso größer, je größer die Druckdifferenz in der letzten Druckaufbaustufe bzw., beim Desorbieren, in der letzten Entspannungsstufe ist. Durch eine vielfache Verschiebung der Adsorptionsphasen gegeneinander ist es möglich, relativ viele Gleichstromdruckminderungsphasen vorzusehen und mit diesen den Druck in einem Adsorber nach erfolgter Adsorption sehr weitgehend abzusenken, so daß die Druckdifferenz in der Gegenstromentspan­ nungsstufe relativ klein wird. Das führt einmal zu einer größeren Produktausbeute, da das weniger stark adsorbierte Produkt fast quantitativ aus den Adsorbern entspannt werden kann, zum anderen zu einer größeren Restgasreinheit, da das Absorbat weniger mit Produkt verunreinigt ist. Außerdem ergibt sich durch eine viel­ fache Abstufung der Adsorption eine Vergleichmäßigung der Konzen­ tration des Restgases, da auch das Konzentrationsgefälle nicht mehr so steil ist. Aber auch auf der Seite des weniger leicht adsorbierbaren Produktes ergeben sich Vorteile, da durch den Druckaufbau in mehreren Druckausgleichsstufen ein sehr hoher Druck vor der nächsten Adsorptionsphase erreicht wird, so daß nur relativ wenig Druck mit Produktgas aufgebaut werden muß und dadurch die Schwankungen im Produktdruck abgebaut werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für alle Arten von Gastrennungen, bei denen Gaskomponenten, die in nennens­ werten Mengen im Gemisch vorliegen, voneinander getrennt werden sollen. Insbesondere beweist das erfindungsgemäße Verfahren seine Überlegenheit dort, wo nicht nur eine, sondern zwei oder gegebe­ nenfalls auch mehr Komponenten in möglichst großer Ausbeute und in möglichst reiner Form gewonnen werden sollen.

Das erfindungsgemäße Verfahren läß sich demzufolge beispielsweise bei der Aufkonzentrierung von Wasserstoff in wasserstoffhaltigen Gasen, bei der Aufarbeitung und Zerlegung von Erdgas und bei der Zerlegung von Luft und Kohlenwasserstoff-Ge­ mischen, wie z. B. Spaltgasen oder Benzinfraktionen, einsetzen. Falls das Beschickungsgemisch unter Normalbedingungen flüssig ist, wie es z. B. bei Benzinfraktionen der Fall ist, läßt man das gesamte Verfahren bei einer Temperatur ablaufen, bei der sämtliche Stoffe dampfförmig vorliegen.

Beim Verfahren der Erfindung erfolgt die Beladung der einzelnen Adsorptionsbetten unvollständig. Die Adsorptionsfront wird also vor dem Adsorberaustritt etabliert, so daß zum einen das Produktgas mit großer Reinheit abströmen kann und zum anderen die Möglichkeit gegeben ist, die Front bei der Gleichstroment­ spannung bis ans Ende des Bettes vorzuschieben, um möglichst reines Adsorbat zu erhalten.

Für das erfindungsgemäße Verfahren können sämtliche bekannten Adsorptionsmittel, also Aktivkohle, Silikagel, Aluminiumoxidgel und Molekularsiebe, eingesetzt werden. Die Wahl derselben richtet sich nach der Art des zu zerlegenden Gasge­ misches.

Das erfindungsgemäße Verfahren sei weiterhin anhand einiger Figuren und Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Adsorberanlage mit neun Adsorbern;

Fig. 2 ein Zeitablaufschema für eine Anlage gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ein Druckablaufschema für einen einzelnen Adsor­ ber gemäß Beispiel 1 und

Fig. 4 ein Druckablaufschema für einen einzelnen Adsor­ ber gemäß Beispiel 2.

In der in Fig. 1 gezeigten Anlage mit neun Adsorbern sind diese mit den Ziffern 1 bis 9 gekennzeichnet und die dem Adsorber 1 zugeordneten Ventile mit 11 bis 16, die dem Adsorber 2 zugeordneten Ventile mit 21 bis 26 usw. 101 ist ein Ausgleichs­ behälter, 102 und 103 sind zwei zusätzliche Ventile. Mit 104, 105, 106 und 107 sind Leitungen bezeichnet.

Beim Betrieb sind stets drei Adsorber auf Adsorption geschaltet, z. B. die Adsorber 1, 2 und 3 oder die Adsorber 2, 3 und 4 usw.

Die sich in den einzelnen Adsorbern nacheinander ab­ spielenden Vorgänge seien nunmehr am Beispiel des Adsorbers 1 erläutert.

Die in Klammern hinzugefügten Angaben E 1 bis E 5 und D 1 bis D 4 werden in Fig. 2 erläutert.

Das Rohgas gelangt in den Adsorber 1 durch Leitung 107 und Ventil 11. Im Adsorber 1 werden die leichter adsorbierbaren Komponenten festgehalten, während die schwerer adsorbierbaren Komponenten die Anlage über das Ventil 12 und die Leitung 104 ver­ lassen. Nach beendeter Adsorption wird der Rohgasstrom auf einen anderen Adsorber (im vorliegenden Fall auf den Adsorber 4) umge­ schaltet und im Adsorber 1 der Druck auf einen ersten Zwischen­ druck gesenkt (E 1). Dies geschieht durch Druckausgleich mit dem Adsorber 5 durch Öffnung der Ventile 13 und 53. Anschließend wird der Druck im Adsorber 1 auf einen zweiten Zwischendruck gesenkt (E 2), und zwar durch Druckausgleich mit dem Adsorber 6 über die Ventile 13 und 63. Während dieser beiden Drucksenkungen im Adsor­ ber 1, die in Adsorptionsrichtung erfolgen, wird der Druck in den beiden Adsorbern 5 und 6 erhöht (D 3 bzw. D 2). Nun wird der Druck im Adsorber 1 durch Öffnung der Ventile 16 und 84 weiter ge­ senkt (E 3). Das Gas aus dem Adsorber 1 strömt dabei durch den Adsorber 8, der dabei von zuvor adsorbierten Komponenten freige­ spült wird. Das sich ausbildende Gasgemisch gelangt über Leitung 105 in den Ausgleichsbehälter 101. Anschließend wird das Ventil 84 geschlossen und zwischen den Adsorbern 1 und 8 ein endgültiger Druckausgleich herbeigeführt (E 4), wobei der Druck im Adsorber 8 ansteigt (D 1). Schließlich findet im Adsorber 1 eine letzte Drucksenkung auf den Regenerierdruck statt, und zwar im Gegenstrom zur Adsorptionsrichtung durch Öffnen des Ventils 14, wodurch Gas in den Restgasbehälter 101 strömt (E 5).

Zur Entfernung der danach noch verbliebenen adsorbier­ ten Bestandteile vom Adsorbens wird der Adsorber 1 bei niedrigem Druck gespült. Für diesen Zweck wird Gas aus dem Adsorber 3 durch Öffnung des Ventils 36 in den Adsorber 1 geleitet und das ent­ stehende Gasgemisch nach Öffnung des Ventils 14 in die Restgas­ leitung 105 gegeben.

Die sich an die Spülung anschließende Erhöhung des Druckes in den Adsorbern wird in vier Schritten vorgenommen. Zu diesem Zweck wird der Adsorber 1 durch Schließung des Ventils 14 bei weiterhin geöffnetem Ventil 36 mit dem Adsorber 3 in Druck­ ausgleich gebracht (D 1). Dann erfolgt ein zweiter Druckaus­ gleich (D 2) mit dem Adsorber 5 durch Öffnung der Ventile 53 und 13. Es schließt sich ein Druckausgleich mit dem Adsorber 6 (D 3) an, indem bei weiterhin geöffnetem Ventil 13 dessen Ventil 63 geöffnet wird. Gleichzeitig wird ein Teil des durch Leitung 104 fließenden Produktes durch Öffnung des Ventils 102 abgezweigt, das nach Öffnung des Ventils 15 in den Adsorber 1 gelangt (D 4). Als letzter Druckerhöhungsschritt (D 5) wird die Verbindung mit dem Adsorber 6 unterbrochen und Gas aus der Leitung 104 bis zur Erreichung des Adsorptionsdruckes in den Adsorber 1 hineinge­ drückt.

In Fig. 2 ist ein Zeitdiagramm für die Adsorber 1 bis 9 wiedergegeben. Die einzelnen Adsorber sind untereinander ange­ ordnet, die Abszisse ist die Zeitachse. Mit E sind Entspannungs­ schritte, mit D Druckaufbauschritte bezeichnet. Gasübergänge, Gaszu- und Gasableitungen sind durch Pfeile gekennzeichnet.

Das Schema stellt ein Prinzipschema dar. Aus diesem Grunde ist auch auf der Abszisse keine definierte Zeit angegeben, da die Länge der einzelnen Verfahrensschritte innerhalb gewisser Grenzen den Verfahrensgegebenheiten, der Rohgaszusammensetzung, der gewünschten Produktgasreinheit etc., angepaßt und variiert werden muß.

Aus dem Schema ergibt sich, daß zu gleicher Zeit stets drei Adsorber in Betrieb sind. Die Adsorptionsphasen der einzelnen Adsorber sind um etwa ¹/₃ ihrer Zeitdauer gegeneinander verschoben, so daß, wenn im Adsorber 1 die Adsorptionsphase been­ det ist und die Adsorptionsphasen in den Adsorbern 2 und 3 noch laufen, der Adsorber 4 zugeschaltet wird.

Der Einfachheit halber sei das Verfahren lediglich am Beispiel des Adsorbers 1 geschildert: Die Verfahrensabläufe in den anderen Adsorbern sind dem im Adsorber 1 analog. Nach beendeter Adsorption wird der Adsorber 1 entspannt (E 1), und zwar durch Druckausgleich mit dem Adsorber 5, in dem auf diese Weise die Druckaufbaustufe 3 (D 3) abläuft. Die nächste Entspannungs­ stufe im Adsorber 1 (E 2) wird durch eine Verbindung mit dem Adsorber 6 bewerkstelligt, wobei in diesem der Druck in zweiter Stufe (D 2) aufgebaut wird. Die dritte Entspannungsstufe des Adsorbers 1 (E 3) liefert das Spülgas für den Adsorber 8. Während der vierten Entspannungsstufe im Adsorber 1 (E 4) wird der Druck im Adsorber 8 bereits wieder aufgebaut (D 1). Während der fünften Entspannungsstufe (E 5) wird im Adsorber 1 Restgas frei. Daran schließt sich die Spülung an, die mit Hilfe von Entspannungsgas aus der dritten Entspannungsstufe (E 3) des Adsorbers 3 vollzogen wird. Der Gas für die erste Druckaufbaustufe (D 1) im Adsorber 1 liefert die vierte Entspannungsstufe (E 4) des Adsorbers 3. Das Gas für die zweite Druckaufbaustufe (D 2) im Adsorber 1 kommt aus der zweiten Entspannungsstufe (E 2) des Adsorbers 5, das für die dritte Druckaufbaustufe (D 3) aus der ersten Entspannungsstufe (E 1) des Adsorbers 6. Die vierte Druckaufbaustufe (D 4) wird durch Einleiten von Reingas bewerkstelligt. Nach Erreichen des Adsorp­ tionsdruckes wird der Adsorber 1 dann wieder auf Rohgaszufuhr um­ geschaltet, so daß das gesamte Schema wieder von links abläuft.

Die Erfindung sei weiterhin anhand zweier Zahlenbei­ spiele verdeutlicht.

Beispiel 1

Einer Anlage gemäß Fig. 1 werden 30 000 Nm³/h Rohgas zugeführt, das aus 75 Vol-% H₂, 3 Vol-% CO, 2 Vol-% CH₄ und 20 Vol-% CO₂ besteht. Das Rohgas steht unter einem Druck von 24 bar und hat eine Temperatur von 303 K.

Aus Leitung 104 strömen unter einem Druck von 23 bar und bei einer Temperatur von 303 K 18 400 Nm³/h Produktgas ab, bestehend aus 99,999 Vol-% H₂ mit weniger als 10 Vppm CO.

Aus der Restgasleitung 106 können 11 600 Nm³/h Restgas, bestehend aus 35,35 Vol-% H₂, 7,76 Vol-% CO, 5,17 Vol-% CH₄ und 51,72 Vol-% CO₂, unter einem Druck von 1,3 bar und bei einer Temperatur von 303 K abgezogen werden.

Bei diesem Beispiel beträgt die Adsorptionszeit 4,5 min, die gesamte Zyklusdauer 13,5 min.

Jeder Adsorber ist mit 7,5 m³ zeolithischem Molekular­ sieb 5 A und 15 m³ Aktivkohle beschickt. Das Behälterleervolumen beträgt 24,5 m³ pro Adsorber.

In Fig. 3 ist der Druckablauf für das Beispiel 1 wiedergegeben. Die Adsorption findet, wie erwähnt, bei 24 bar statt, die Spülung bei 1,4 bar. Der Druckabbau in den einzelnen Entspannungsstufen, die entsprechend dem Schema der Fig. 2 gekennzeichnet sind, und der Druckaufbau in den einzelnen Druck­ aufbaustufen, die ebenso wie in Fig. 2 gekennzeichnet sind, lassen sich in einfacher Weise aus dem Diagramm erkennen.

Beispiel 2

Einer Anlage gemäß Fig. 1 werden 100 000 Nm³/h Rohgas zugeführt, das aus 90,0 Vol-% CH₄, 6,50 Vol-% C₂H₆, 0,60 Vol-% C₃H₈, 0,15 Vol-% C₄H₁₀, 0,05 Vol-% C₅H₁₂, 0,20 Vol-% C₆₊ und 2,50 Vol-% CO₂ besteht. Das Rohgas steht unter einem Druck von 30 bar und hat eine Temperatur von 303 K.

Aus der Leitung 104 strömen unter einem Druck von 29 bar und bei einer Temperatur von 303 K 77 400 Nm³/h Produktgas 1 ab, bestehend aus 99,0 Vol-% CH₄, 0,8 Vol-% C₂H₆ und 0,2 Vol-% C₃H₈.

Aus der Restgasleitung 106 können 22 600 Nm³/h Produkt­ gas 2, bestehend aus 59,18 Vol-% CH₄, 26,02 Vol-% C₂H₆, 1,97 Vol-% C₃H₈, 0,66 Vol-% C₄H₁₀, 0,22 Vol-% C₅H₁₂, 0,89 Vol-% C₆₊ und 11,06 Vol-% CO₂, unter einem Druck von 1,3 bar und bei einer Temperatur von 303 K abgezogen werden.

Auch bei diesem Beispiel beträgt die Adsorptionszeit 4,5 min, die gesamte Zyklusdauer 13,5 min.

Jeder Adsorber ist mit 36 m³ Aktivkohle beschickt. Das Behälterleervolumen beträgt 38,4 m³ pro Adsorber.

In Fig. 4 ist der Druckablauf für das Beispiel 2 wiedergegeben.

Claims (4)

1. Verfahren zur Zerlegung von Gasen durch Adsorption in einer Anlage mit neun zyklisch vertauschbaren Adsorbern, deren Schaltzyklen so gegeneinander verschoben sind, daß sich die Adsorptionsstufen mindestens jeweils dreier Adsorber überlappen, wobei die Gase unter Druck durch ein Adsorptionsmittel geleitet werden, bis es mindestens mit einem Teil der bevorzugt adsorbierten Komponenten beladen ist, und die nichtadsorbierten Komponenten als Produkt abgezogen werden, wonach der Druck über dem Adsorptionsmittel in mehreren Stufen im Gleichstrom und in einer letzten Drucksenkungsstufe im Gegenstrom zur Beladungsrichtung abgesenkt, das Adsorptionsmittel mit Drucksenkungsgas aus einem anderen Adsorber gespült und der Druck in mehreren Stufen mit Gas der Gleichstromdrucksenkungstufen anderer Adsorber erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die der Gegenstromdrucksenkung vorangehende Gleichstromdrucksenkung und die Erhöhung des Druckes auf Adsorptionsdruck in jeweils vier Stufen erfolgen, wobei das in der dritten Gleichstromdrucksenkungsstufe freiwerdende Gas eines Adsorbers zum Spülen eines anderen Adsorbers dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in der vierten Gleichstromdrucksenkungsstufe freiwerdende Gas eines Adsorbers zur Druckerhöhung eines anderen Adsorbers in der ersten Druckerhöhungsstufe dient.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Gegenstromdrucksenkungsstufe freiwerdende Gas als Restgas abgezogen wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckerhöhung in der vierten Druckerhöhungsstufe eines Adsorbers durch Produktgas erfolgt.