DE871886C - Adsorptionsverfahren - Google Patents

Description

• Adsorptionsverfahren Es ist bekannt, zur Entfernung oder Gewinnung von Mischungsbestandteilen aus Gasgemischen Adsorptionsverfahren anzuwenden und mit Adsorptionsmitteln gefüllte Behälter, die sogenannten Adsorber, paarweise anzuordnen, welche zum Zweck der Adsorption und Desorption periodisch umgeschaltet werden. Bei der Desorption durch Spülung mittels eines Gases oder durch Evakuierung wird das Gas in der Regel in entgegengesetzter Richtung zur Gasströmung während des Adsorptionsvorganges geführt. Man war bisher bestrebt, vor Beginn jedes einzelnen Adsorptionsvorganges das Adsorptionsmittel möglichst weitgehend zu desorbieren.
• Erfindungsgemäß wird von dieser Regel erheblich abgewichen und die Desorption zu einem Zeitpunkt abgebrochen, welcher in der Nilhe des Zeitpunktes liegt, bei dem die Beladung des Spülgases mit dem desorbierten Bestandteil absinkt. Der infolgedessen nur unvollkommen desorbierte Adsorber wird anschließend wieder auf Adsorption geschaltet und möglichst so lange beladen, als er voll aufnahmefähig ist, um anschließend, nach Umschaltung der Adsorber, erfindungsgemäß wieder der unvollkommenen Desorption unterzogen zu werden.
• Es ist ersichtlich, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren der regenerierte Adsorber unter sonst gleichen Bedingungen schneller wieder betriebsbereit ist als -bei vollkommener Desorption. Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß für die unvollkommene Desorption nur wenig Spülgas bzw. Energie gebraucht wird, während bei der weitergehenden Desorption nach den bekannten Verfahren das erforderliche Spülgasvolumen nach einer Exponentialfunktion, d. h. unverhältnismäßig stark ansteigt oder eine starke Temperaturerhöhung notwendig ist.
• Obwohl erfindungsgemäß nur unvollkommen desorhieft- wind, kann während des Adsorptionsvorganges die gleiche Reinheit (Adsorptionswirkung) des Gases wie im Anschluß an eine vollkommene Desorption erreicht werden Versuche haben erwiesen, daß für die vollkommende Reinigung des Gases hei häufig wiederholter Adsorption bereits eine Schicshtlänge von I m genügt. Bei größerer Schichtlänge kann die Umschaltung seltener vorgenommen werden.
• Die belçannten, für Adsorption und Desorption angewendeten Hilfsmaßnahmen, wie Kühlung während tder Adsorption und Anwärmung oder Drucksenkung, eventuell auch unter Atmosphärendruck, während der Desorption u. dgl., können natürlich auch beim erfindungsgemäßen Verfahren hinzugezogen werden. Die Ersparnis an Spülgas bzw.
• Energie besteht auch in diesen Fällen. Es ergeben sich somit im wesentlichen folgende Möglichkeiten zur Durchführung (des erfindungsgemäßen Verfahrens: a) Wenn bei der Ad- und Desorption gleiche, und zwar etwa Raumtemperaturen angewendet werden, so genügt es, wenn das Spülgasvolumen das I-, 3-bis 2efache des Rohgasvolumens beträgt. Dementsprechend kann z. B. bei Gaszerlegungsverfahren ein in den Strom des unter Druck stehenden Roh gases geschalteter Adsorber durch ein gasförmiges entspanntes oder unter Unterdruck abgesaugtes Zerlegungsprodukt gleicher Temperatur oder durch einen Teil desselben Idesorbiert werden. - Bei genügend großenDruckunterschieden kann dann sogar ein Teil des ;betreffenden Zerlegungsproduktes, welches nicht zum Spülen des Adsorbers gebraucht wird, rein gewonnen wenden. Andererseits ist hierbei die Anreicherung des desorbierten Bestandteiles un Spülgas besonders hoch, was für die eventuelle Gewinnung des Bestandteiles günstig ist.
• Diese Vorteile gelten zum Teil auch für die nachstehenden Möglichkeiten. tb) Wenn für die Desorption eine höhere als die Adsorptions- oder Raumtemperatur angewendet wird, so kann das Spülgasvolumen weiter erheblich vermindert werden. Eine Temperaturerhöhung von e. B. 20 -auf -I00° ermöglicht eine Herabsetzung des -Spülgasvolumens auf 1/30 bis t/20 des Rohgasvolumens. c)- Sind-«die -Gasvolumen bei der Ad- und Desorption annähernd gleich, so genügt für die De--sorption eine Temperaturerhöhung um etwa 50 vorausgesetzt, daß die Adsorption bei Temperaturen erfolgt, die nicht allzu stark von der Raumtemperatur abweichen. d) Erfolgen Ad- und Desorption bei tiefen Temperaturen, z. B. bei I00O oder darunter, so muß wegen der schlechteren- Desorptionsmöglichleit bei diesen Temperaturen das~ Spülgasvolumen das 2,5 bis Iofache des Rohgasvolumens betragen. Auch in diesem Fall ergibt sich eine erhebliche Einsparung an Spülgas im Vergleich zu den Spülgas mengen, die bei vollkommener Desorption nötig sind.
• Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Restbeladung des gereinigten Gases für die Dauer -auf geringer Höhe zu erhalten. Legt man Wert auf besonders hohe Reinheit, so genügt es, beim erfindungsgemäßen Verfahren nach einer größeren Anzahl von Umschaltunigen eine einmalige, stärkere Desorption beider Adsorber unter Anwendung einer größeren Spülgasmenge oder höherer Temperaturen durchzuführen. Wie oft diese zusätzliche Desorption er-forderlich ist, muß sich nach den jeweiligen Betriebsverhältnissen richten. Es dürfte aber kaum Fälle geben, in denen eine solche zusätzliche Desorption öfter als nach einigen hundert Umschaltungen erforderlich wird, d. h. also, daß solche zusätzlichen Desorptionen in den erwähnten Ausnahmefällen nur in Abständen von mehreren Tagen oder Wochen erforderlich sind.
• An Hand der graphischen Darstellungen (Abb. I bis 5) wird der Verlauf des Ad- und Desorptionsvorganges bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich nu den bekannten Verfahren erläutert.
• In sämtlichen Abbildungen .stellen die Ordinaten die Länge des Adsorbers in Strömungsrichtung und die Abszissen den Beladungsgrad dar, wobei Beladungsgrad I,0 die maximale Beladungsmöglichkeit bei einer bestimmten Konzentration des zu adsorbierenden Bestandteiles im Gase, also die dem Partialdruck der zu absorbierenden Gaskomponente und der Temperatur entsprechende Sättigung des Adsorbens, bedeutet.
• In Abb. I stellt die Kurve OA die Beladungsfront am Schluß einer Adsorptionsperiode dar, wenn das unreine Gas in Pfeilrichtung strömt. Am unteren Ende des Adsorbens herrscht also die Beladung Null oder unter Umständen auch die zulässige Beladung (wenn keine vollkommene Entfernung des betreffenden Gasbestandteiles beabsichtigt ist), so daß bis zum letzten Zeitpunkt vor der Umschaltung Gas gewünschter Reinheit aus dem Adsorber austritt. Oberhalb des Punktes A ist der Adsorber voll beladen.
• Abb. 2 stellt den Zustand am Schluß einer Desorptionsperiode bei dem bekannten Verfahren dar. Der Adsorber ist fast vollstän,dig entladen; am oberen Ende des Adsorbers bei B herrscht meistens noch ein geringer BeladungsgradE, während der Adsorber bis zur Höhe D vollkommen desorbiert ist, soweit dies durch das verwendete Spülgas möglich ist. Die Fläche BD E stellt die Restbeladung dar, die in der Regel gering ist.
• Während bei dem erfindungsgemäßen Verfahren am Schluß einer Adsorptionsperiode genau wie beim bekannten Verfahren der durch Abb. I dargestellte Beladungszustand besteht, wird erfindungsgemäß die Desorption nur so lange durchgeführt, bis die Beladungsfront, die in der Abb. 1 durch die Kurve 0 A dargestellt wird, bis zur Kurve F C (Abb. 3) zurückgeschoben ist, wobei das Spülgas am oberen Ende aus dem Adsorber noch mit einer wesentlichen Beladung austritt. Sein Gehalt an dem desorbierten Bestandteil würde aber anschließend bei Aufwendung entsprechend großer Spülgasmengen oder höherer Temperaturen merklich absinken.
• Es kommt bei der Durchführung der Erfindung nicht darauf an, daß dieser Zeitpunkt zur Umschaltung haarscharf erfaßt wird. Es wird sich vielmehr empfehlen, einige Zeit das Spülgas zu analysieren und zu warten, bis sein Gehalt an dem desorbierten Bestandteil absinkt und danach die zweckmäßige Desorptionsdauer bzw. die Umschaltzeit der beidenAdsorber festzulegen, eventuell unter geringer Abkürzung oder Verlängerung des für die unvollkommene Desorption ermittelten Zeitraumes, je nachdem, ob auf vollkommene Adsorption oder geringe Umschaltverluste Wert gelegt wird.
• Die Fläche OACED, Abb. 4, stellt die Beladung dar, welche bei dem bekannten Verfahren nach jedem Adsorptionsvorgang desorbiert werden muß, während die Fläche OACF, Abb. 5, die Beladung darstellt, welche beim Verfahren nach der Erfindung jeweils zu desorbieren ist, wobei die Ersparnis durch die Fläche F C ED dargestellt wird. Da nun aber, wie bereits eingangs erläutert, für geringe Belndungsgrade sehr viel mehr Spülgas bzw.
• Energie zum Abbau gleicher Beladungsmengen aufgewendet werden muß, als bei voller Beladung, so ergibt-sich die eingangs erläuterte wesentliche Spülgas- bzw. Energieersparnis beim'erfindungsgemäßen Verfahren.
• Obwohl das Spülgas aus dem Behälter vollbeladen austritt, ist doch, wie der Linienzug F C (Abb. 3 und 5) zeigt, ein großer Teil des betreffenden Adsorbers, soweit dies durch das verwendete Spülgas möglich ist, desorbiert worden, was dadurch erreicht wird, daß dasselbe Spülgas, welches bis zum Schluß aus dem Adsorber praktisch vollbeladen austritt, in denselben am anderen Ende unbeladen eingetreten ist und daher diesen Teil des Adsorbers zu desorbieren vermag.
• Abweichungen von {den dargestellten Kurven, z. B. innerhalb der Grenzkurven GH und JK (Abb. 5) können aus betrieblichen Gründen unter Umständen notwendig sein und sind im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zulässig.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Entfernung oder Gewinnung adsorbierbarer Bestandteile aus strömenden Gasgemischen durch Adsorption und anschließende Desorption, dadurch gekennzeichnet, daß die Desorption zu einem Zeitpunkt abgebrochen wird, welcher in der Nähe des Zeitpunktes liegt, bei dem die Beladung des Spülgases mit dem desorbierten Bestandteil absinkt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch I bei Anwendung annähernd gleicher Temperaturen zur Ad- und Desorption, dadurch gekennzeichnet, daß das Spülgasvolumen das I-, 3- bis 2fach des Rohgasvolumens beträgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 bei Anwendung einer Spülgastemperatur, die annähernd um 80° höher ist als die Adsorptions- oder Raumtemperatur, dadurch gekennzeichnet, daß das Spülgasvolumen 1/30 bis 1/20 des Rohgasvolumens beträgt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch I bei Anwendung annähernd gleicher Gasvolumen für Ad- und Desorption, dadurch gekennzeichnet, daß die Desorption bei nur etwa 5° höherer Temperatur erfolgt als die Adsorption.
5. 5. Verfahren nach Anspruch I bei Anwendung tiefer Temperaturen bei der Ad- und Desorption, z. B. unter -IooO, Idadurch gekennzeichnet, daß das Spülgasvolumen das 2-, 5- bis zofache des Rdbgasvolumens beträgt.
6. 6. Verfahren nach Anspruch I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer größeren Anzahl von Umschaltungen beide Adsorber einer einmaligen, stärkeren Desorption durch Anwendung größerer Spülgasmengen und/oder höherer Temperaturen unterzogen werden.