DE3336427A1 - Verfahren und vorrichtung zum regenerieren von adsorbern - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum regenerieren von adsorbernInfo
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Description
LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
(H 1360) H 83/79
Sti/fl 6.10.1983
Verfahren und Vorrichtung zum Regenerieren von Adsorbern
1S Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren von Adsorbern, die mit aus einem komprimierten Gasstrom aufgenommenen
Verunreinigungen beladen sind, mit einem Regeneriergas , das in einem der Adsorption nachgeschalteten Prozeß
als Teilstrom eines Produktgases gewonnen oder dem gereinigten Gasstrom nach dem Adsorber entnommen und auf erhöhte
Temperatur gebracht wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Ein derartiges Verfahren kommt beispielsweise bei der Luftzerlegung
zur Anwendung. Bei der Rektifikation von Luft wird die zu zerlegende Luft auf ca. 6 bar verdichtet und
dann bei Anlagen, die mit Molsiebadsorbern ausgerüstet
sind, von Verunreinigungen, und zwar insbesondere H2O, CO^,
C2H2 sowie anderen Kohlenwasserstoffen befreit. Die gereinig-3Q
te Luft wird anschließend abgekühlt und zum Teil verflüssigt einer Rektifiziersäule zugeführt. Dort findet aufgrund der
unterschiedlichen Siedepunkte eine Trennung in eine gasförmige, im wesentlichen Stickstoff enthaltende und eine flüssige,
im wesentlichen Sauerstoff enthaltende Fraktion statt.
Form. 3729 7.78
Die zumeist in Wechselschaltung betriebenen Molsiebadsorber
werden abwechselnd mit den Luftverunreinigungen beladen und mittels einem Regeneriergas gereinigt. Als Regeneriergas
wird bevorzugt ein Zerlegungsprodukt aus der Rektifiziereinrichtung verwendet (z.B. DE-OS 3Ό 12 062) . Insbesondere
kommt dabei der gewonnene Stickstoff zur Anwendung, der angewärmt und in zwei Teilströme aufgeteilt wird. Ein erster
Teilstrom wird nach weiterer Erwärmung in einem Elektroerhitzer einem der Adsorber zugeführt und nimmt beim Durchströmen
des Adsorbers die Verunreinigungen auf. Nach Verlassen des betreffenden Adsorbers wird dieser Teilstrom
als Abgas aus der Anlage geführt.
In einer nachfolgenden Phase der Regenerierung wird der aufgeheizte Adsorber wieder abgekühlt. Dazu wird der
erste Teilstrom ohne weitere Temperaturerhöhung direkt dem Adsorber zugeführt und kühlt diesen beim Durchströmen
ab. Der zweite Teilstrom wird direkt als Abgas aus der Anlage geführt.
Die für die Regenerierung der Adsorber erforderliche hohe Temperatur läßt sich dabei durch direkten Wärmetausch
nur über sehr große Heizflächen und hohen Druckabfall bei erheblichem Energieaufwand realisieren.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu
verbessern, daß die Erwärmung des Regeneriergases durch eine kostengünstige Wärmeübertragung durchgeführt werden
kann sowie eine hierzu geeignete Vorrichtung zur Verfügung zu stellen.
Form. 5729 7.78
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Temperaturerhöhung des Regeneriergases durch Ausnützung der bei der Kompression des Gasstromes erzeugten Wärme durchgeführt
wird.
Auf der Suche nach einer energiesparenden Möglichkeit zur Erwärmung des Regeneriergases hat sich der Einsatz von Abwärme,
insbesondere der Kompressionswärme, angeboten. Im
Falle von Luftzerlegungsanlagen wird beispielsweise ein Teilstrom des erzeugten Stickstoffes im Wärmetausch mit
verdichteter Luft angewärmt und sodann zur Regenerierung der Adsorber verwendet.
Um den Regeneriervorgang dabei optimal zu gestalten, wird
"*§ angestrebt, das Regeneriergas möglichst hoch aufzuheizen;
d.h. bei Ausnützung der Kompressionswärme des Verdichters soll die Temperaturdifferenz zwischen komprimierter Luft
und Regeneriergas möglichst klein gehalten werden. Um dies zu verwirklichen, wird das Regeneriergas entweder
im- direkten Wärmeaustausch in einem Wärmetauscher oder in indirektem Wärmeaustausch durch eine Flüssigkeit, z.B.
Wasser, erwärmt. Hierzu wird in bevorzugter Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Teil des
komprimierten warmen Gasstromes in einem Wärmespeicher gespeichert und das Regeneriergas im Wärmetausch zu dem
gespeicherten Gasstrom erwärmt. Mit einem Wärmespeicher können ein geringer Druckverlust und die erwähnte kleine
Temperaturdifferenz auf einfache Weise realisiert werden,
da die in der komprimierten Luft enthaltene Wärmemenge wesentlich größer ist, als die zum Regenerieren notwendige.
Das Regeneriergas wird durch die erfindungsgemäße Verfahrensführung
zweckmäßig auf Temperaturen von 70 bis 130 0C erwärmt. Diese Temperaturen sind für die Regenerierung
der Adsorber im allgemeinen ausreichend.
Form. 5723 7.78 "* · ~"
■j Die Regeneriergasmenge ist vom Druck und der Temperatur
des Einsatzgasstromes abhängig. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt die Regeneriergasmenge
15 bis 30 %, vorzugsweise 20 '%, des Produktgases.
Ein Regeneriervorgang setzt sich im allgemeinen aus einer Heizperiode, einer Kühlperiode' und einer Druckaufbaubzw.
Druckabbauperiode zusammen. Erfindungsgemäß beträgt dabei die Heizzeit des Adsorbers 15 bis 40 % und die
Kühlzeit 75 bis 50 % eines Zyklus. Der Rest bezieht sich auf den Druckaufbau bzw. Druckabbau.
Durch eine Betriebsstörung oder andere Umstände kann es vorkommen, daß die Adsorberfüllung weitgehend durchfeuchtet
ist. Ein solcher Adsorber müßte, damit er in etwa wieder die gleiche Adsorptionscharakteristik bekommt,
mehrere Male mit einer aus der Kompressionswärme gewonnenen Regeneriertemperatur regeneriert werden. Dies
führt zu erheblichen Wartezeiten bis zum Produktionsbeginn der Anlage. Aus diesem Grunde wird in Weiterbildung
des Erfindungsgedankens dem normalen Heizvorgang eine Thermopuls überlagert. Diese Verfahrensführung
bietet überdies den Vorteil, daß auch Spurenverunreinigungen mit größter Sicherheit aus dem Adsorber entfernt
werden.
Die Erfindung bezieht sich überdies auf eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit
einem Verdichter und nachgeschalteten Adsorbern, die durch einen den Adsorbern vorgeschalteten
Wärmespeicher gekennzeichnet ist. Zweckmäßigerweise ist überdies in einem Nebenschluß zu dem Wärmespeicher
ein Zusatzerhitzer angeordnet.
Form. 5729 7.78
Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels
sowie eines Schaltschemas für eine Molsiebstation mit Kompressionswärmetauscher beschrieben.
Über eine Leitung 1 werden 226 000 Nm3/h zu zerlegende
Luft herangeführt und in einem Verdichter 2 auf 5,82 ata verdichtet. Die Temperatur der komprimierten Luft beträgt
122 0C. Die Luft wird zum größeren Teil, nämlich 186 000 Nm3/h über Leitung 3 einer Kühleinrichtung 4, die
z.B. als Sprühzonenkühler ausgebildet ist, geführt und auf etwa 20 0C abgekühlt. Die Luft gelangt dann in zwei
abwechselnd beladene bzw. regenerierte Molsiebadsorber 5a,
5b, in denen vor allem Wasser, CO2 und Acetylen aus der
Luft abgetrennt werden. Die gereinigte Luft wird über eine Leitung 6 einer nicht dargestellten Zerlegungsapparatur,
z.B. einer Rektifiziersäule, zugeführt.
Der kleinere Teilstrom der warmen, komprimierten Luft (40.000 Nm3/h) wird über Leitung 7 abgezweigt und einem
Wärmespeicher 8 zugeführt. Das Laden des Wärmespeichers dauert ca. 65 min. Der Druckverlust im Wärmespeicher
beläuft sich dabei auf 50 mm Wassersäule. Der Wärmespeicher wird beim Beladen ganz durchheizt, d.h. am Austritt
und Eintritt stellen sich am Ende des Beladens etwa gleiche Temperaturen, z.B. 120 0C ein. Beim Entladen
bleibt die Regeneriergasaustrittstemperatur etwa konstant.
Beim Regenerierbeginn werden durch den Wärmespeicher 8 ca. 49.400 Nm3/h Regeneriergas mit einem Druck von
1,14 ata geleitet, das über Leitung 9 aus der nicht
dargestellten Luftzerlegungsapparatur herangeführtrwird.
Es handelt sich hierbei beispielsweise um gasförmigen Stickstoff mit einer Temperatur von 10 0C. Während des
•
Form. 5729 7.78
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Entladens des Wärmespeichers 8, das über Leitung 17 erfolgt,
wärmt sich das Regeneriergas auf 118 0C auf. Der Druckverlust
im Wärmespeicher beträgt 400 mm Wassersäule. Dieses heiße Gas strömt ca. 5 Minuten lang durch die Regeneriergasleitung
10 und das kurz vor Eintritt in die Adsorber angebrachte Ventil 11 in Leitung 12 ins Freie. Dadurch
werden Verunreinigungen im Wärmespeicher und in der Leitung herausgespült und die Leitung gleichzeitig vorgeheizt.
Nun strömen ca. 28 Minuten lang 49.400 Nm3/h Regeneriergas mit 118 0C durch die Adsorber, heizen
die Schüttung auf und desorbieren den größten Teil der Verunreinigungen. Nach dieser Zeit wird durch Schließen
einer Klappe 13 bei gleichzeitiger Reduzierung der Gasmenge auf 25.000 Nm3/h und Einschalten eines in einem
Nebenschluß 14 angeordneten Erhitzer 15 dieses Gas vor Eintritt in den Adsorber von 118 0C auf 158 0C angewärmt
und noch ca. 6 Minuten durch die Adsorber geleitet. Danach ist das Heizen beendet und das Regeneriergas
(49.500 Nm3/h) wird über eine Klappe 16 ungewärmt zu
dem Adsorber geleitet. Hier treibt das kalte (10 0C)
Regeneriergas die warme Welle mit der Spitzenerhitzung durch die Schüttung und beendet nach weiteren 54 Minuten
das Regenerieren. Das Regeneriergas wird dabei über Leitung 18 in die Atmosphäre geführt. Während der Kühl-
und Umschaltphase wird der Wärmespeicher 65 Minuten lang mit 40.000 Nm3/h heißer Druckluft aus Leitung 3
wieder aufgeheizt.
Der genaue Schaltzyklus ist dem Schaltschema zu entnehmen. 30
Das Regeneriergas nimmt in 5 Minuten spülen und 31 Minuten heizen
Q.= 49.400 · || · 0,31 · 108 = 993.000 kcal auf.
Q.= 49.400 · || · 0,31 · 108 = 993.000 kcal auf.
Form. 5729 7.78 ~* * ~
— y —
1 Die Luft zum Beladen enthält zwischen 10 und 120 0C in
65 Minuten Q = 40.000 · H · 0,31 . 110 =1 477 000 kcal.
Daraus resultiert ein Wärmeüberschuß beim Beladen des WärmeSpeichers von 484 000 kcal. Dieser Wärmeüberschuß
ergibt sich aus einer sinnvollen Gestaltung des Wärmespeichers mit entsprechendem Druckabfall für den Luftanteil
zum Beladen und der Regeneriergasmenge. 10
Form. 5729 7.78
Claims (8)
- (H 1360) H 83/79Sti/fl 6.10.1983Patentansprüche1» Verfahren zum Regenerieren von Adsorbern, die mit aus einem komprimierten Gasstrom aufgenommenen Verunreinigungen beladen sind/ mit einem Regeneriergas, das in einem der Adsorption nachgeschalteten Prozeß als Teilstrom eines Produktgases gewonnen oder dem gereinigten Gasstrom nach dem Adsorber entnommen und auf erhöhte Temperatur gebracht wird/ dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturerhöhung des Regeneriergases durch Ausnützung der bei der Kompression des Gasstromes erzeugten Wärme durchgeführt wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des komprimierten warmen Gasstromes in einem Wärmespeicher gespeichert wird und daß das Regeneriergas im Wärmetausch zu dem gespeicherten Gasstrom erwärmt wird.
- 3„ Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Regeneriergas auf Temperaturen zwischen 70 und 1300C erwärmt wird.
35Form. 5729 7.78 - 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeneriergasmenge 15 bis 30 %, vorzugsweise 20 %, des Produktgases beträgt.
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß während eines Regeneriervorganges die Heizzeit des Adsorbers 15 bis 40 % und die Kühlzeit 75 bis 50 % eines Zyklus beträgt.
- 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem normalen Heizvorgang ein Thermopuls überlagert wird.
- 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einem Verdichter und nachgeschalteten Adsorbern, dadurch gekennzeichnet, daß den Adsorbern ein Wärmespeicher vorgeschaltet ist.
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Nebenschluß zu dem Wärmespeicher ein Zusatzerhitzer angeordnet ist.Form. 5729 7.78
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