DE2629450B2

DE2629450B2 - Adiabatisches Druckkreisverfahren zum Trennen von Gasgemischen

Info

Publication number: DE2629450B2
Application number: DE2629450A
Authority: DE
Inventors: Andrija Fuderer; Ernst Rudelstorfer
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1975-11-07
Filing date: 1976-06-30
Publication date: 1979-05-10
Also published as: US3986849A; MY8100015A; FR2330433A1; FR2330433B1; EG12468A; ZA763104B; NO144446C; NL7607199A; IL49941A; AU497183B2; DE2629450A1; YU160076A; IT1062023B; DE2629450C3; NL183872B; IN145501B; CA1076967A; IL49941A0; NO762269L; NO144446B

Description

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit mindestens sieben Adsorberbetten gearbeitet wird, das Einsatzgasgemisch gleichzeitig den Eintrittsenden von mindestens zwei Adsorberbetten in sich überlappenden identischen Arbeitsspielen der Reihe nach von dem ersten bis zum höchstbezifferten Bett zugeführt wird und danach die Arbeitsfolge ständig derart wiederholt wird, dail während der Anfangsdauer einer Adsorplionsphase eines Bettes das unmittelbar vorhergehende niedriger bezifferte Bett gleichfalls die Adsorptionsphase durchläuft und während des letzten Teils das unmittelbar folgende höher bezifferte Bett ebenfalls auf die Adsorptionsphase geschaltet ist, daß der erste Druckausgleich mit einem mindestens dritthöher bezifferten Bett und der zweite Druckausgleich mit einem mindestens vierthöher bezifferten Bett erfolgen, und daß das sich anfänglich auf dem zweiten Gleichgewichtsdruck befindliche, die eine Komponente enthaltende Adsorberbett mit einem anderen zuvor gespülten und mindestens fünfthöher bezifferten Bett, das sich ursprünglich auf dem niedrigsten Druck befindet, zu einem dritten Druckausgleich derart gebracht wird, daß die beiden Betten schließlich einen dritten Gleichgewichtsdruck annehmen.

Das Freisetzen von anfänglich in den Adsorberbett-Zwischenräumen eingeschlossenem Gas und der Druckausgleich erfolgen also in mindestens drei gesonderten Stufen. Dabei wird das Adsorberbett, das die Adsorptionsphase für die eine Komponente abgeschlossen hat, zu einem ersten Druckausgleich mit einem anderen jo zuvor gespülten Bett, das mindestens dritthöher beziffert ist und sich anfänglich auf einem niedrigeren Zwischendruck befindet, gebracht, so daß die beiden Betten schließlich einen ersten Gleichgewichtsdruck annehmen. Das gleiche, jetzt auf dem ersten Gleichgewichtsdruck liegende Adsorberbett wird zu einem zweiten Druckausgleich mit einem weiteren zuvor gespülten Bett, das mindestens vierthöher beziffert ist und ursprünglich auf einem noch niedrigeren Zwischendruck lie_öt, gebracht, so daß die beiden Betten schließlich einen zweiten Gleichgewichtsdruck erreichen. Das zunächst auf dem zweiten G'eichgewichtsdruck liegende Adsorberbett erfährt dann einen dritten Druckausgleich mit einem anderen zuvor gespültem und mindestens fünfthöher bezifferten Bett, das sich ursprünglich auf dem niedrigsten Druck befindet, so daß die beiden Betten schließlich einen dritten Gleichgewichtsdruck annehmen.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird die nachteilige Umkehr dts Desorbatprofils (vom Eintrittszum Austrittsende des Bettes) wesentlich herabgesetzt oder ga.iz vermieden. Dies läßt sich auf verschiedene Weise ausnutzen. Beispielsweise kann die Adsorptionsphase über eine längere Zeitdauer hinweg fortgeführt werden, um einen stärker ausgeprägten Durchbruch der Verunreinigungsadsorptionsfront zu erhalten, während die gleiche Produktgasreinheit aufrechterhalten bleibt, wodurch die Produktionsrate je Arbeitsspiel erhöht wird. Statt dessen kann auch ein kleines Adsorberbett für die gleiche Produktionsrate eingesetzt werden. Des bo weiteren kann die Adsorptionsphase bei dem gleichen Konzentrationswert der Verunreinigungsadsorptionsfront beendet, jedoch eine höhere Produkteinheit erzielt werden.

Eine besonders hohe hohe Ausnutzung des Adsorptionsmittels läßt sich erzielen, wenn in weiterer Ausgestaltung der Er'indung beim Einsatz von mindestens neun Adsorberbetten während der Anfangsdauer einer Adsorptionsphase die beiden unmittelbar vorhergehenden niedriger bezifferten Betten, während des mittleren Teils der Adsorptionsphase das unmittelbar vorhergehende niedriger bezifferte Bett und das unmittelbar folgende höher bezifferte und während des letzten Teils einer Adsorptionsphase die beiden unmittelbar folgenden höher bezifferten Betten gleichfalls auf die Adsorptionsphase geschaltet werden.

Vorzugsweise wird mit einem Einsatzgas/Spülgas-Druckverhältnis (PR) von mindestens 7 und einem solchen Molverhältnis (S) von nicht absorbiertem Gas zu Einsatzgas gearbeitet, daß das Produkt PR χ S mindestens gleich 6 ist Das Verfahren nach der Erfindung ist von besonderem Vorteil, wenn eine hohe Produktgasreinheit erforderlich ist, wenn der Einsatzgasdruck hoch liegt und wenn das Einsatzgas wasserstoffreich ist und schwach adsorbierte Verunreinigungen, wie Argon, Stickstoff oder Kohlenmonoxid, selektiv adsorbiert werden müssen.

Das Verfahren eignet sich insbesondere zum Trennen von Gasgemischen, bei denen Wasserstoff als Hauptkomponente vorliegt und die mindestens einen der folgenden Stoffe als kleinere Komponente enthalten, die als unerwünschte Verunreinigung beseitigt werden soll: CO, CO2, leichte gesättigte und ungesättigte Kohlenwasserstoffe, aromatische Verbindungen, leichte Schwefelverbindungen, Argon, Stickstoff und Wasser. Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich jedoch auch mit Vorteil anwenden, um den Adsorptionsmittelbedarf bei der Luftzerlegung oder der M'ethanreinigung herabzusetzen.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein Fließschema einer zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeigneten Anlage mit zehn Adsorberbetten,

F i g. 2 ein bevorzugtes Zeitprogramm für die verschiedenenen Verfahrensstufen einer Aust'ührungsform mit zehn Betten, das sich Für die Anlage nach Γ i g. 1 eignet,

Fig.3 ein Ventilzeitprogramm für das Arbeitsspiel gemäß Fig. 2, aus dem sich die offenen Ventile der Anlage nach F i g. 1 ergeben,

Fig.4a, 4b zwei Druck-Zeit-Diagramme, die einen Vergleich der Ausführungsform gemäß den F i g. 2 und 3 mit einer Vierbettanlage nach der US-PS 35 64 816 erlauben,

Fig. 5 ein Fließschema einer zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeigneten Anaige mit neun Adsorberbttten,

Fig. 6 ein Taktprogramm für die verschiedenen Phasen einer Neunbett-Anlage, das sich für die Anlage gemäß F ig. 5 eignet,

Fig. 7 ein Ventilzeitprogramm für das Arbeitsspiel nach F i g. 6, aus dem sich die offenen Ventile der Anlage gemäß F i g. 5 entnehmen lassen,

Fig. 8 ein Fließschema einer zur Durchführung des Verfahrens η ac': der Erfindung geeigneten Anlage mit acht Adsorberbetten unter Verwendung von drei Druckausgleichsstufen,

F i g. 9 ein Taktprogramrn für du: verschiedenen Phasen einer Achtbettanlage mit drei Druckausgleichs stufen, das sich für die Anlage gemäß F i g. 8 eignet,

Fig. 10 ein Ve.'tilzeitprogranim für das Arbeitsspiel nach Fig.9, aus dem die bei der Anlage nach Fig. 8 geöffneten Ventile zu entnehmen sind, Fig. Il ein Fließschema einer zur Durchführung des

Verfahrens nach der Erfindung geeigneten Anlage mit acht Adsorberbetten unter Verwendung von vier Druckausgleichsstufen.

Fig. 12 ein Taktprogramm für die verschiedenen Phasen einer Ausführungsform mit acht Betten und vier Druckausgleichsslufen, das sich für die Anlage nach F i g. 11 eignet,

Fig. 13 ein Ventilzeitprogramm für das Arbeitsspiel nach F i g. 12. aus dem die bei einer Anlage nach F i g. 11 geöffneten Ventile zu entnehmen sind.

fig. 14 ein Fließschema einer /ur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeigneter; Anlage mit sieben Adsorberbetten.

fig. !5 ein Taklprogramm für die verschiedenen Phasen einer Ausführungsforni mit sieben Betten, das sich für die Anlage nach F i g. 14 eignet.

I" ig. Ib ein Vcntilzeitprogramm für das Arbeitsspiel

geöffneten Ventile zu entnehmen sind.

Fig. 17a. 17b. 17c eine Folge von graphischen Darstellungen, welche die Beziehung /wischen der Verunreinigungskonzentration (CC)-Konzentration) und dem Druck in den Adsorberbetten erkennen lassen, die einen Druckausgleich erfahren und gespült werden, sowie

fig. 18 cine graphische Darstellung der Beziehung /wischen dem Druckverhältnis (PR) und dem Molverhältnis (S)K\r ein wasserstoffreiches Finsatzgas.

Die mit dem vorliegenden Verfahren erzielte Herabsetzung der Umkehr des Desorbatprofils sei an I land des folgenden Beispiels veranschaulicht:

Beispiel I

Das Fins.it/gas enthalt (in Mol-% Trockenbasis): Wasserstoff 71.2%. Kohlendioxid 20.6%. Methan 5.8% und Kohlenmonoxid 2.4%. Das Finsatzgas wird in ein Aktivkohic-Adsorberbett in uassergesätML'lem Zustand bei 19.58 bar und 36.7 C eingeleitet. D>e Konzentration an Kohlenmonoxid η dem abströmenden Wasserstoffproduktgas (00.99%) während der Adsorptionsphase und der Gleichstromdruckminderungsphasc ist in der Tabelle i dargestellt.

Tabelle I	(bar)	19.58	CO im abströmen
	19,58	13.24	den Gas
Produktstrorr Druck		11,03	(ppm Vo.)
		9.31	73
(Mol)		6.21	57
Anfang			49
4,4	19.58	42
7.8	Adsorptionsphase: die	39
11.3	beginnt:	39
14,7	Gleich£tromdruck-
18,1
Ende der	39
minderung	59
18,1	84
21,6	109
22.4	193
24.0
25.7

Entsprechend Tabelle I nimmt die CO-Konzentration in dem abströmenden Produktgas von anfänglich 73 ppm auf 39 ppm am Ende der Adsorptionsphase ab, wobei die Produktvorschrift 100 ppm beträgt. Wenn die Gleichstromdruckminderting beginnt, steigt die CO-Konzentration im abströmenden Gas an; sie erreicht gegen das Ende dieser Phase 193 ppm. Dies bedeutet einen mäßigen Durchbruch der CO-Adsorptionsfront am Austrittsende des Bettes.

Wird mit einem einstufigen Druckausgleich gearbeitet, haben die Drücke im Bell I (dem Bell, das eine (ilcichstromdriickminderung erfährt) und Bett 2 (dem Bett, das im Gegenstrom wiederabgedruckt wird) sowie die Kohlcnmonoxidkon/cntration in dem vom Bett I zum Beti 2 strömenden Gas die folgenden Werte:

I libelle 2

Druck (bar)	Bett 2	(O in dem Gas von
Bett 1		Bett I zu Bett 2
	1.45	(ppm VnI.)
19,58	4.96	39
16,27	8.20	48
13,24	10.89	59
11.03	84

Ende der Gleichstromdruckminderung: Beginn des Gegenstromabblasens.

Das /weite Bett, das einen Druckausgleich durch an seinem Austrittsende eingeleitetes Gas erfährt, nimmt anfänglich ein Gas mit geringer C O-Verunreinigung (39 ppm) auf: gegen das Ende des Druckausgleichs wird ihm aber Gas mit einer erheblich stärkeren CO-Verunreinigungcn (84 ppm) zugeführt. Dies ist unerwünscht, weil das zweite Bett jetzt an seinem Austrittsende einen höheren Verunreinigungsgehalt als in dem in Richtung auf das F.intrittsende liegenden Abschnitt hat (Phänomen der Profilumkehr). Wenn dieses zweite Bett auf die Adsorptionsphase geschaltet wird, ist die Produktein heit anfänglich geringer. Beim Umschalten dieses /weiten Bettes auf die Adsorptionsphase erfolgt der Verunreinigungsdurchbruch zum Beginn statt am Ende der Adsorptionsphase. Um daher ein Produkt mit vorgegebener Reinheit zu erhalten, muß das Bett ausreichend groß ausgelegt werden, damit ein scharfer Durchbruch der Verunreinigungsfront am Ende der Gleichstromdruckminderungsphase vermieden wird. weil dies einen Durchbruch während des Anfangsteils der Adsorptionsphase des anderen Bettes zur Tilge hätte, das gerade mit dem unreinen Gas wiederaufgedrückt wurde.

Das am Produktende des Bettes während der Gleichstromdruckminderung ausgetragene Gas kann zum Wiederaufdrücken von anderen Betten, zum Spülen anderer Betten oder sowohl zum Spülen als auch zum Wiederaufdrücken herangezogen werden. Allgemein gilt: Wenn ein Gas von einem Bett mit sich änderndem Veninreinigungsgrad abgegeben und dieses Gas zum Spülen und Wiederaufdrücken von anderen Betten benutzt wird, sollte das am stärksten verunreinigte Gas den anderen Betten mit dem niedrigsten Druck (zum Spülen) zugeführt werden, während das Einleiten des abgegebenen Gases von größter Reinheit bei dem höchsten Zwischendruck (zürn Wideraufdrükken) erfolgen sollte.

Um den Einfluß der Profilumkehr zu veranschaulichen, seien an Hand der Kurven nach Fig. 17 die

folgenden Fälle miteinander verglichen, wobei jeweils das Einsatzgas gemäß Beispiel I verwendet wird. Die strichpunktierte Kurve gilt für das Belt, das eine Druckminderung erfährt, während die ausgezogen dargestellte Kurve für das in der Wiederaufdrückphase > befindliche Bett gilt. Die obere Abszisse ist dem in der Wieder fufdrückphase befindlichen Bett, die untere Abszisse dem in der Druckminderungsphase befindlichen Bett zugeordnet.

I all .·).· bekanntes Verfahren mit einstufigem Druckausgleich (Tiguren I und 2 der DR-OS 17 69 930);

Fall b: bekannter zweistufiger Druckausgleich bei Vierbettanlage (Figur 2 eier DS-PS 35 64 816);

Fall cv bekannte Fünfbctianlage mit zwei Druckaus-

gleichsstiifen. die beide vor dem Spülen liegen ' ' (Figur 3 der DF-OS 17 ii^l) 936):

I all </.· Zehnbettanlage mit drei Durchausglciehsstufcn. die alle dem Spülen vorausgehe,ι (gemäß der im folgenden näher erläuterten F-" i g. 2).

Der Rinfachheit halber werden in allen vier Fällen der gleiche Gleichst romdruck mi nderungsd ruck von 6.21 bar, eine Spülgasmenge von 3.3 Mol. der höchste Druckausglcichsstroni des wiederaufgedrückten Bettes (10,89 bar) und eine Adsorberbettgröße von 0.59 m¹ 2i angenommen.

Aus den Fig. 17a-17c ist zu erkennen, daß die Verunreinigungsprofilumkehr am ungünstigsten im Falle b. etwas weniger stark ausgeprägt im I alle a. verbef.jrt im Falle c" und im wesentlichen ganz in vermieden im Falle d ist. wo erfindungsgemäß drei Druckausglcichsstufcn vorgesehen sind. Die Verunreinigungsprofilumkehr läßt sich durch noch mehr Druckausgleichs- und Spülstufen völlig vermeiden. In einem solchen Fall wird die Massenübergangsfront aus dem 3-, Produktende des Adsorberbettes herausgedrückt; letzteres wird vollständig ausgenutzt.

Die Fälle a bis c/dcr Fig. 17a-17c lassen sich auch hinsichtlich der Ausnutzung der Adsorberbetten miteinander vergleichen. Im Falle eist jeweils eines der Betten während eines Teils des Arbeitsspiels abgetrennt, so daß es keine Nutzarbeit ausführt. Dies hat zur Folge, daß bei gleicher Produktionsrate ungefähr 20% mehr Adsorptionsmittel als in den Fällen a oder £>und ungefähr 25% mehr Adsorptionsmittel als im Falle d (der erfindungs- y, gemäßen Ausführungsform nach F i g. 2) erforderlich sind. Dementsprechend kommt das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 mit mindestens 5% weniger Adsorptionsmittel als die bekannten, mit zwei Druckausgleichsstu fen arbeitenden Anordnungen aus.

Um auf das Beispiel 1 zurückzukommen, wird, wenn eriindungsgemäß drei Druckausgleichsstuien vorgesehen sind, jedes Bett zunächst mit einem 67 bis 84 ppm CO enthaltenden Gas auf den dritten (und niedrigsten) Ausgleichsdruck von ungefähr 4,14 bar wiederaufgedrückt Das teilweise wiederaufgedrückte Bett wird sodann mit einem 53 bis 67 ppm CO enthaltenden Gas auf den zweiten Ausgleichsdruck von ungefähr 6,89 bar gebracht, worauf ein weiteres Wiederaufdrücken auf den höchsten Ausgleichsdruck von 10,89 bar mit einem eo Gas erfolgt, das 37 bis 53 ppm CO enthält Im Gegensatz zu dem einstufigen Druckausgleich wird das Gas höchster Reinheit in das in der Wiederaufdrückphase befindliche zweite Bett am Austrittsende während des letzten Teiis des Druckausgleichs eingeleitet das Gas mit niedrigster Reinheit wird dabei tiefer in das Bett hineingeschoben, wo die Verunreinigungsadsorptionsfront während der Adsorptionsphase durchläuft Wäh rend der anschließenden Adsorptionsphase hat das anfänglich ausgetragene Produktgas eine hohe Reinheit; die Verunreinigungsadsorptionsfront bewegt sich in herkömmlicher Weise auf das Austrittsende zu.

Vorzugsweise ist das absolute Druckverhältnis (PR) zwischen dem ersten höchsten Überdruck der Adsorptionsphase und dem niedrigsten Druck des Verfahrens (bei dem das Spülen erfolgt) mindestens gleich 7. während das Produkt aus diesem Verhältnis und dem Molverhältnis (S) der Nichtadsorbatc in dem Bett am I.ndc der Adsorptionsphase zu dem während der Adsorplionsphasc insgesamt eingeleiteten F.insatzgas mindestens gleich 6 ist. Am Ende der Adsorptionsphase eines adiabatischen Druckkreizprozesses enthält das Adsorbcrbett eine gewisse Menge der nicht adsorbierten Komponente, und zwar in erster Linie in den Hohlräumen zwischen den Adsorptionsmittelteilchen.

r-- ι

llrillUCIII.

Menge, ausgedrückt in Molen, dividiert durch die Mole an Einsatzgas, die dem Bett während der Adsortionsphase zugeführt werden, ist das vorstehend genannte Molverhältnis 5. In der Praxis liegt das Molverhaltnis 5 in den meisten Fällen /wischen 0,35 und 0,85.

Das nicht adsorbierte Gas. das am Austrittsende des Bettes im Anschluß an die Adsorptionsphase freigesetzt wird, läßt sich zum Druckausgleich und/oder zum Spülen von anderen Betten verwenden. Während der anschließenden Gegenstromabblasphase wird dann eine weitere Menge an Gas (die sowohl nicht adsorbierte Komponenten als auch Desorbat umfaßt) am Eintrittsende des Bettes freigesetzt. Eine zusätzliche Menge an Nichtadsorbat- und Adsorbatgas verbleibt in dem Bett. Diese Menge ist verhältnismäßig groß, wenn das Adsorptions/Spüldruck-Verhältnis PR verhältnismäßig niedrig ist. Bei verhältnismäßig kleinem PR steht infolgedessen ein kleinerer Teil der Nichtadsorbate zum Spülen von und zum Druckausgleich mit anderen Betten zur Verfügung.

Ein verhältnismäßig kleines Druckverhältnis PR macht die Verwendung eines relativ großen Teils des freigesetzten nicht adsorbierten Gases für das Spülen anderer Betten erforderlich. Infolgedessen steht ein vergleichsweise kleiner Teil dieses Gases zum Wiederaufdrücken von und für den Druckausgleich mit anderen Betten zur Verfügung. Würde die Ausbeute an nicht adsorbiertem Produktgas nicht dadurch erhöht, daß der Druckausgleich in mindestens drei Stufen erfolgt, wäre sehr wenig Gas für einen Druckausgleich vorhanden.

Diese Verhältnisse sind in Fig. 18 graphisch dargestellt, und zwar basierend auf adiabatischen Druckkreisprozessen für eine Wasserstoffreinigung mit einem Adsorptionsmittel aus einem zeolithischen Molekularsieb und Aktivkohle. Die Ordinate ist das vorstehend erläuterte Druckverhältnis (PR) während die Abszisse das Molverhaltnis S angibt, d. h. das Verhältnis zwischen dem am Ende der Adsorptionsphase im Bett befindlichen Wasserstoff und dem während der Adsorptionsphase insgesamt zugeführten Einsatzgasgemisch. Die gerade Linie gibt die PR- und S-Mindestwerte an, die zur Durchführung der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung erforderlich sind, wobei PR mindestens 7 beträgt und das Produkt PR χ Smindestens gleich 6 ist. Wenn beispielsweise PR den Wert 11 hat, sollte S mindestens (6/ll) = 0,55 betragen.

Es versteht sich, daß bei Durchführung eines Druckausgleichs zwischen zwei Adsorberbetten zwischen dem eine Druckminderung erfahrenden Bett und

dem wiederabgedruckten Bett eine kleine Druckdifferenz vorliegt, die auf den Druckabfall in den Leitungen und den Ventilen zurückzuführen ist. Infolgedessen befindet sich das Bett, dessen Druck abgesenkt wird, normalerweise auf einem etwas höheren Druck als das -, wiederabgedruckte Bett, wenn die betreffende Phase abgeschlossen ist.

In Fig. I sind zehn Adsorberbetten 1 bis 10 veranschaulicht, die über Einlaßventile 11 bis 19, 10 und Produktventile 21 bis 29, 20 parallel zwischen eine F.insatzgassammelleitung und eine Produktgassammelleiuing geschaltet sind. Die Sammelleitung für die dritte (niedrigste) Druckaiisgleichsstufe befindet sich zwischen den Adsorberbettaustrittsenden und den Produktventilen 21 bis 29, 20 der Betten I bis 10; sie ist mit dritten ι -, Druckausgleichs- und Spülventilen 31 bis 39 bzw. 30 versehen. Die Abgassammelleitung liegt zwischen den AJsorberbetteintrittsenden und den Einlaßventilen Il bis !3, iO ULM Beiicii 1 bis !0; Sie iSi ίΓιίi AbgdSVeiiiilcii 41 bis 49 bzw. 40 ausgestattet. Die Sammelleitung für die >o erste (höchste) Stufe des Druckausgleichs und des Wideraufdrückvorgangs verläuft zwischen der Sammelleitung für nicht adsorbiertes Produktgas und der der dritten Druckausgleichs- und Spülstufe zugeordneten Sammelleitung; sie ist mit ersten Druckausgleichsventilcn 51 bis 59, 50 für die Betten 1 bis 10 versehen. In der Leitung, die die erste Druckausgleichs-Wiederaufdrück-Sammelleitung und die Produktgassammelleitung verbindet, liegt ein Gasdurchflußmengenregler 80.

Eine gemeinsame Sammelleitung für die zweite (mittlere) Druckaiisgleichsstufe ist nicht vorgesehen. Statt dessen sind einzelne Leitungen vorhanden, die die Austrittsenden der Adsorberbetten miteinander verbinden. So befindet sich eine Leitung mit einem Ventil 61 /wischen den Betten 2 und 7. Eine Leitung mit einem π Ventil 62 verbindet die Betten 4 und 9. Die Betten 1 und 6 sind über eine Leitung mit einem Ventil 63 in gegenseitiger Verbindung. Eine Leitung, in der ein Ventil 64 sitzt, verbindet die Betten 3 und 8. Die Betten 5 und 10 sind über eine Leitung mit einem Ventil 65 miteinander verbunden.

LJm die Zuordnung tischen den Betten 1 bis 10 und den Ventilen 11 bis 59 leicht zu machen, sind den Ventilen Bezugszeichen zugeordnet, deren Endziffer dem Bezugszeichen des Adsorberbettes entspricht, das mittels der betreffenden Ventile unmittelbar gesteuert wird. Beispielsweise erfolgt die unmittelbare Steuerung des Betriebs des Bettes 3 über die Ventile 13, 23, 33, 43 und 53. Eine einzige Ausnahme gilt hinsichtlich der Zuordnung der Ventile, die das Arbeiten des Bettes 10 unmittelbar beeinflussen; es handelt sich dabei um die Ventile 10,20,30,40 und 50.

F i g. 2 zeigt ein bevorzugtes Taktprogramm für die Anlage nach Fig. 1, beruhend auf einer Gesamtdauer eines Arbeitsspiels von 13 Minuten, 20 Sekunden, wie dies unten an der Abszisse angegeben ist. Die Reihenfolge der Phasen des Arbeitsspiels und ihre Beziehungen in dem Programm sind die folgenden: Adsorption (A) erste Druckausgleichs-Druckminderungsstufe (EXD), zweite Druckausgleichs-Druck- minderungsstufe (E2D) dritte Druckausgleichs-Druckminderungsstufe (E3D), Spülgas liefernde Gleichstromdruckminderung (PP). Gegenstromabblasen (BD) Spülen (P) dritte Druckausgleichs-Wideraufdrückstufe (E3PJ. zweite Druckausgleichs-Wiederaufdrückstufe s, (E 2 R) erste Druckausgleichs- Wiederaefdrückstufe (ElR) und endgültiges Wiederaufdrücken auf den Einsatzgasdruck durch Einleiten von Produktgas am Produktaustril'sende (FR).

Es ist festzuhalten, daß zu jedem Zeitpunkt des Taktprogramms drei Adsorberbetten das Einsatzgasgemisch aufnehmen und nicht adsorbiertes Produktgas mit dem Einsatzdruck abgeben. Beispielsweise erfolgt nach vier Zeiteinheiten eine Einsatzgasbehandlung in jedem der Adsorber 1,2 und 3.

In Fig.3 sind die Ventile zusammengestellt, die während jeder der 20 Zeiteinheiten offen sind, in die das Taktprogramm gemäß Fig. 2 eingeteilt werden kann, wie dies an der oberen Abszisse angegeben ist. Beispielsweise strömt während der ersten Zeiteinheit Einsatzgas über die Einlaßventile 10, Il und 19, um mindestens eine Komponente in jedem der Adsorberbetten 10, I bzw. 9 selektiv /u adsorbieren. Produktgas verläßt diese Betten einem ersten höchsten Überdruck und gelangt über die Produktventile 20, 21 bzw. 29 in die Produktgassammelleitung. Spülgas gelangt über das

Gas wird über die Spülgassammelleitung angeliefert. Es stellt das Gleichstromdruckminderungsgas dar, das am Austrittsende des Bettes 6 über das Ventil 36 freigesetzt wird. Gleichzeitig wird Gegenstromabblasgiis am Eintrittsende des Bettes 5 über das Abgasventil 45 freigesetzt; es entweicht über die Abgassammelleitung an die Umgebung. Das Bett 2 wird auf den ersten Ausgleichsdmck (den höchsten Zwischendruck) wiederaufgedrückt, indem Gas über das Ventil 52 in das Austrittsende des Bettes eingeleitet wird. Das dafür erforderliche Gas wird von dem Bett 8 angeliefert, das die erste Druckausgleichsstufe durchläuft, indem Gas vom Austrittsende des Bettes über das Ventil 58 an die erste Druckausgleichs-Wiederaufdrück-Sammelleitung abgegeben wird. Das Bett 3 wird auf den dritten Ausgleichsdruck wiederaufgedrückt, indem seinem Austrittsende Gas über das Ventil 33 zugeführt wird. Dieses Gas kommt von dem Bett 7, das seinen dritten Druckausgleich erfährt, indem an seinem Austrittsende Gas über das Ventil 37 freigesetzt wird.

Während der ersten Zeiteinheit erfährt keines der Adsorberbetten einen zweiten Druckausgleich, so daß kein Ventil der Ventilgruppe 61 bis 65 offen ist. Während der zweiten Zeiteinheit erfolgt dagegen ein zweiter Druckausgleich für die Betten 3 und 8, wobei das Bett 3 mit Gas vom Bett 8 über das Ventil 64 beschickt wird.

Die mit zehn Betten arbeitende Ausführungstorm gemäß den F i g. 1 bis 3 läßt sich an Hand der folgenden Beispiele noch besser verstehen.

Beispiel 2

Das Einsatzgas enthält in Mol-% (Trockenbasis): 77,1% Wasserstoff, 22,5% Kohlendioxid, 0,35% Kohlenmonoxid und 0,013% Methan. Das Einsatzgas wird in eine Anlage mit zehn Adsorberbetten eingeleitet, von denen jedes in einer ersten Zone oder Schicht am Einsatzgaseintrittsende 343 m³ Aktivkohle und in einer zweiten Zone, die stromabwärts von der Aktivkohlezone liegt und zum Produktaustrittsende reicht, 10,8 m³ Calciumzoelith A-Molekularsieb enthält Das Einsatzgas wird mit 21,03 bar und 21°C in einer Durchflußmenge von 1 708 400 mVd eingeleitet Produktgas, das mindestens 99,999% Wasserstoff enthält, wird in einer Durchflußmenge von 1 132 700 mVd abgegeben (jeweils gemessen bei einem Druck von 1 bar und 15,6° C). Auf dieser Basis werden ungefähr 86% des im Einsatzgas vorhandenen Wasserstoffs als Produktgas wiedergewonnen.

Die gesamte Dauer des Arbeitsspiels beträgt 13 Minuten, 20 Sekunden, wobei die Druck-Zeit-Beziehung für die verschiedenen Phasen in Fig. 4b dargestellt ist. Die Phasen, die Dauer und die Enddrücke in jedem Bett beim Durchlaufen des Arbeitsspieles sind die folgenden:

Dauer

(S)

Enddruck (bar)

Adsorption (A)

Erst« Druckausgleichs-Druckrrpnderungsstufe (E 1 D)

Zweite Druckausgleichs-Druckminderungsstul'e (E 2D)

Dritte Druckausgleichs-Druckminderunßsstufe (E 3 D)

Gleichstron,druckminderung (PP)

Gegcnstromabblasen (BD)
Spülen (P)

Dritte Druckausgleichs-Wiecleraufdrückstufe (E3R)

Zweite Druckausgleichs-Wiederaufdrückstufe (ElR)

Erste Oruckausgleichs-Wiederaufdrückstufe (E 1 D)

Endgültiges Wiederaufdrücken
mit Produktgas (FR)

Das Druckverhältnis (PR) beträgt 305/15 = 20,3; das π Molverhältnis (S) ist 0,47. Infolgedessen ist das Produkt PR >: S gleich 9,5. In dem obigen Beispiel sind alle

240	21,03
40	17,58
40	11,17
40	5,72
120	2,83
40	1,03
120	1,03
40	5,72
40	11,17
40	17,58
40	21,03

Phasen mit Ausnahme der Adsorption, der Gleichstromdruckminderung und des Spülens von gleicher Dauer; dies stellt jedoch kein Zwangsmerkmal dar. Beispielsweise könnten die Verfahrensphasen EID, E3D, BD, E3R und EiR eine Dauer von 30 Sekunden, F2Dund FR eine Dauer von 50 Sekunden, A*Pund P eine Dauer von 130 Sekunden sowie die Adsorption (A) eine Dauer von 240 Sekunden haben.

Beispiel 3

Das Einsat/gas enthält in Mol-% (Trockenbasis): 75% Wasserstoff. 25% Stickstoff und weniger als 500 ppm Ammoniak. Das (trockene) Einsatigas wird in eine Anlage mit 10 Adsorberbetten. von denen jedes 51 m^! Calcium/eolith A enthalt, bei 21,03 bar und 4.4'C in einer Durchflußmenge von 1 776 900 mVd eingeleitet. Prodiiktgas mit mindestens 99,999% Wasserstoff wird in einer Durchflußmenge von I 132 70OmVd ausgetragen. .Aiii urCSci" MdSiS vvcrCicn üngeiüMi" öj-nt ücS iiVl Einsat/gas vorhandenen Wasserstoffs als Produktgas zurückgewonnen. Die Gesamtdauer des Arbeitsspiels beträgt 1 3 Minuten, 20 Sekunden. Die Enddrückc der verschiedenen Phasen sind in bar; E\D und EI «=17.44; E2D und ElR= 10,96; E3D und £3/? = 5,58; PP= 2.96; BD und P= 1,03. PR beträgt wiederum 20.3; 5 ist 0.58. Infolgedessen ist das Produkt PR χ 5gleich 11,8.

Beispiel 4

Bei diesem Beispiel werden die vorstehend erläuterten Beispiele 2 und 3 mit dem mit einem zweistufigen Druckausgleich arbeitenden Batta-Verfahren (US-PS J5 64 816) verglichen, bei dem vier Adsorberbetten aus dem gleichen Material vorgesehen sind. Es werden 1 132 70OmVd Wasserstoffgas mit einer Reinheit von 99,999% unter Verwendung der gleichen Einsatzgasgemische hergestellt.

Vorliegendes
Verfahren

Bekanntes
Verfahren

Prozentuale
Verbesserung

Für Beispiel 2:

% Hi im Einsatzgas als Produktgas zurückgewonnen Menge des Einsatzgases (m^J)
Gesamte Adsorptionsmittelmenge (m^J)

Für Beispiel 3:

% H₂ im Einsatzgas, als Produktgas zurückgewonnen Menge des Einsatzgases (m³)
Gesamte Adsorptionsmittelmenge (m³)

86	81	6,2
1 708 400	1813 700	fi.,2
453	515	12,0
85	79,7	6.6
1 776 900	1 895 000	6,6
510	567	10,0

Das Beispiel 4 läßt wesentliche Vorteile gegenüber dem bekannten Batta-Verfahren erkennen, das mit einem zweistufigen Druckausgleich und drei Gruppen von Vierbettanlagen arbeitet, die parallel, ah. ohne Zwischenverbindungen, betrieben werden. Bei Produktionsraten in der GröOienordnung, für die das vorliegend erläuterte Verfahren besonders geeignet ist, stellen das Adsorptionsmittel und die dieses aufnehmenden Gefäße zusammen mit den zugehörigen Lagerungen die Hauptanlagenteile dar, die 70 bis 80% der Gesamtinvestionskosten ausmachen. Das vorliegende Verfahren bietet dementsprechend wesentliche Einsparungen hinsichtlich der Ausrüstung, es können nämlich zwei Gefäße zusammen mit den zugehörigen Rohrverbindungen, Ventilen und Lagerungen entfallen.

Der Vergleich von F i g. 4a und F i g. 4b läßt erkennen, daß die Gesamtregenerierdauer, d. h. die Zeitspanne, die erforderlich ist, um das Bett zu spülen und für das erneute Einleiten von Einsatzgas wiederaufzudrücken, durch das vorliegend beschriebene Verfahren erheblich vermindert werden kann. Dies bedeutet, daß das Adsorptionsmittel wirkungsvoller ausgenutzt wird.

Beispielsweise zeigt F i g. 4a, daß bei gleicher Dauer der Adsorptionsphase die Gesamtdauer des Arbeitsspiels bei der Ausführungsform mit zehn Betten um 16,5% kürzer als bei einem vergleichbaren Vierbettsystem ist.

das mit einem zweistufigen Druckausg'eich arbeitet (F ig. 4a).

Eine kürzere Dauer des Arbeitsspiels vermindert die erforderliche Adsorptionsmittelmenge. Weniger Adsorptionsmittel ist auch notwendig, um die gleiche Produktmenge zu erhallen, weil infolge des höheren Wirkungsgrades der Produktrückgewinnung die Adsorption von Verunreinigungen kleiner ist. Der Adsorptionsmittelbedarf wird dementsprechend wesentlich verringert, und zwar um 12,0% und 10,0% für die Einsatzgase gemäß Beispiel 2 bzw. Beispiel 3.

Die Ausführungsform mit neuen Betten gemäß den F i g. 5 bis 7 ist der vorstehend erläuterten Zehnbett-An-I{.ge der F i g. 1 bis 3 recht ähnlich, weicht jedoch in gewissen kleineren Einzelheiten ab: Es wird ein Adsorbcrgefäß weniger benutzt (ein Vorteil), jedoch ist eine kürzere Spüldauer erforderlich, was ein Nachteil sein könnte, wenn die selektiv adsorbierten Komponenten schwierig zu beseitigen sind und/oder in verhältnismäßig großen Mengen vorliegen. Vergleichsweise beträgt bei der Zehnben-Aniage nach Fig.2 die Spüldauer ungefähr 120 Sekunden, während im Falle der Neunbett-Anlage nach F i g. 6 die Spüldauer bei nur ungefähr 80 Sekunden liegt.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens, für die die Taktprogramme nach den Fig. 2 und 6 Beispiele bilden, wird mit mindestens neun Adsorberbetten in sich überlappenden identischen Arbeitsspielen derart gearbeitet, daß während des Anfangsteils der Adsorptionsphase eines Bettes die beiden unmittelbar vorhergehenden niedriger bezifferten Betten gleichfalls ihre Adsorptionsphase durchlaufen. Während des mittleren Teils der Adsorptionsphase eines Bettes sind auch das unmittelbar vorhergehende niedriger bezifferte Bett und das i~> unmittelbar folgende höher bezifferte Bett auf ihre Adsorptionsphase geschaltet. Während des letzten T;ils der Adsorptionsphase eines Bettes durchlaufen auch die beiden unmittelbar folgenden höher bezifferten Betten ihre Adsorptionsphasen. Entsprechend Fig. 2 umfaßt beispielsweise die Adsorptionsphase des Bettes 1 sechs Zeiteinheiten, so daß die Einheiten 1 und 2 die Anfangsdauer, die Einheiten 3 und 4 den mittleren Teil und die Einheiten 5 und 6 den letzten Teil der Adsorptionsphase bilden. Während der Anfangsdauer durchlaufen auch die Betten 9 und 10 (die beide dem Bett 1 unmittelbar vorausgehenden Betten) ihre Adsorptionsphase, während des mittleren Teils sind das Bett 10 (unmittelbar vorhergehend) und das Bett 2 (unmittelbar folgend) auf ihre Adsorptionsphase ge- w schaltet. Während des letzten Teils durchlaufen auch die Betten 2 und 3 (die beiden unmittelbar folgenden höher bezifferten Betten) ihre Adsorptionsphase.

Entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des vorliegend erläuterten Verfahrens, für ü die die Taktprogramme nach den Fig. 2 und 6 gleichfalls Beispiele darstellen, werden das Freisetzen von anfänglich in den Adsorberbettzwischenräumen eingeschlossenem Gas und der Druckausgleich in drei gesonderten Phasen durchgeführt, wobei ein erster t>o Druckausgleich eines Adsorberbettes, das seine Adsorptionsphase abgeschlossen hat, mit dem vierthöher bezifferten Adsorberbett, das ursprünglich auf einem zweiten Ausgleichsdruck liegt, derart erfolgt, daß sich die beiden Betten schließlich auf einem ersten e>5 Ausgleichsdruck befinden. Das gleiche Adsorberbett, das eine Druckminderung auf den ersten Ausgleichsdruck erfahren hat, wird jetzt zu einem zweiten Druckausgleich mit dem fünfthöher bezifferten Adsor berbett gebracht, das anfänglich auf dem drittel Ausgleiehsdruck liegt; die beiden Betten befinden siel dann auf dem zweiten Ausgieichsdruck. Das gleicht Adsorberbett, dessen Druck auf den zweiten Aus gleichsdruck abgesenkt wurde, erfährt jetzt einer dritten Druckausgleich mit dem sechsthöher beziffertet Adsorberbett, das anfänglich auf dem niedrigstet Verfahrensdruck liegt, so daß diese beiden Better schließlich den dritten Ausgieichsdruck annehmen. Da; gleiche Adsorberbett, dessen Druck auf den dritter Ausgieichsdruck abgesenkt wurde, erfährt nunmehi eine weitere Diuckminderung im Gleichstrom; da: freigesetzte Gas wird mindestens teilweise benutzt, un das achthöher bezifferte Adsorberbett bei dem niedrig sten Druck zu spülen. Bei der Zehnbett-Ausführungs form nach den F i g. 1 und 2 wird dieses Gas zunächs zum Spülen des siebthöher und des achthöhei bezifferten Bettes, dann zum Spülen nur des achthöhei bezifferten Bettes und schließlich zum Spülen des acht und des neunthöher bezifferten Eiettes benutzt. Bei dei Neunbett-Anlage nach den Fig. 5 und 6 dient da: freigesetzte Gas zunächst dem Spülen nur de: siebthöher bezifferten Bettes und dann dem Spülen nui des achthöher bezifferten Bettes. Nach der Vorstehern erläuterten weiteren Gletchstromdruckminderung wire das Adsorberbett im Gegenstrom auf den niedrigster Druck abgeblasen ;<nd anschließend gespült.

An Hand der Fig. 2 seien die zuvor genannte! Beziehungen zwischen dem Bett, bei dem in der Adsorberbettzwischenräumen eingeschlossenes Ga: freigesetzt wird, und den anderen Betten erläutert, di< ciamit (im Zuge de» Wiederaufdrückens) zum Druckaus gleich gebracht werden. Die erste Phase der Freisetzunj von in den Adsorberbettzwischenräumen eingeschlos senem Gas (EXD) für das Bett 1 erfolgt während de Zeiteinheit 7; sie wird in Verbindung mit dem Bett 5 dem vierthöher bezifferten Adsorberbett, durchgefühn das dabei seine höchste Druckausgleichs-Wiederauf drückphase (EXR) durchläuft. Die zweite Phase dei Freisetzung von in den Adsorberbettzwischenräumer eingeschlossenem Gas (EID) des Bettes 1 erfolg während der Zeiteinheit 8. Sie wird in Verbindung mi dem Bett 6, dem fünfthöher bezifferten Adsorberbett durchgeführt, das dabei seine mittlere Druckausgleichs Wiederaufdrückphase (E2R) durchläuft. Die dritti Phase der Freisetzung von in den Adsorberbettzwi schenräumen eingeschlossenem Gas (E3D)des Bettes 1 wird während der Zeiteinheit 9 in Verbindung mit den Bett 7, dem sechsthöher bezifferten Adsorberbetl durchgeführt, das dabei seine niedrigste Druckaus gleichs-Wiederaufdrückphase (E3R) durchläuft. Di< endgültige Gleichstromdruckminderung (PP)des Bette: 1 erfolgt während der Zeiteinheiten 10, 11 und 12. Da: dabei freigesetzte Gas wird benutzt, um das Bett 9. da achthöher bezifferte Adsorberbett, während seine gesamten Spülphase (P)zu spülen.

Wenn bei der oben definierten Beziehung die au diese Weise berechnete höhere Bettziffer die tatsächlicl vorhandene Anzahl von Adsorberbetten bei einen vorgegebenen System übertrifft, muß- die vorhanden« Bettenanzahl von der berechneten Ziffer subtrahier werden, um das »höher bezifferte Adsorberbett« zi erhalten. Beispielsweise sei der dritte Druckausgleicl des Bettes 6 betrachtet, der während der Zeiteinheit 1! mit dem sechsthöher bezifferten Adsorberbett erfolgl Da bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 bis 3 zehr Adsorberbetten vorhanden sind, ist das für £3/

vorgesehene Betl das Bett 12—10, & h, das Bett 2.

Bei der Achtbett-Anlage nach den Fig.8 bis IO nehmen zu jedem vorgegebenen Zeitpunkt zwei anstelle von drei Adsorberbetten das Einsatzgasgemisch auf. Beispielsweise sind während der anfänglichen Zeiteinheiten 1 und 2 des Arbeitsspiels das Bett 1 und das Bett 8 (das unmittelbar vorhergehende niedriger bezifferte Bett) auf ihre Adsorptionsphase geschaltet Während der beiden letzten Zeiteinheiten 3 und 4 der Adsorptionsphase des Bettes 1 durchläuft das Bett 2 in (das unmittelbar folgende höher bezifferte Bett) seine Adsorptionsphase. Da bei dieser Ausführungsform das Verhältnis der »eingeschalteten« Adsorberbetten zu der Gesamtadsorberbettzahl kleiner als bei den zuvor erläuterten Ausführungsformen ist, ist auch die Ausnutzung des Adsorptionsmittels niedriger, aber noch immer derjenigen von bekannten Anlagen überlegen.

Die Achtbett-Ausführungsform gemäß Fig.8 bis 10 unterscheidet sich von den anderen erläuterten Ausführungsformen femer dadurch, daß zwar mit drei Druckausgleichsstufen gearbeitet wird, diese aber nicht nicht unmittelbar aufeinander folgen. Beispielsweise kommt es entsprechend Fig.9 zu einem ersten Druckausgleich ü'lDdes Bettes 1 mit dem Bett 4 (dem dritthöher bezifferten Bett), woran sich unmittelbar der zweite Druckausgleich E2D mit dem Bett 5 (dem vierthöher bezifferten Bett) anschließt Auf die letztgenannte Stufe folgt jedoch die Gleichstromdruckminderung PP, im Verlaufe deren das vom Bett 1 freigesetzte Gas am Austrittsende des Betts 7 (dem sechsthöher jo bezifferten Bett) eingeführt wird, um dieses Bett bei dem niedrigsten Druck zu spülen. Der dritte Druckausgleich E3D schließt sich an die Phase PP an; er wird ebenfalls rr.ii lern jetzt gespulten Bett 7 durchgeführt

Die Ventile 61 und 62 in den Spülgassammelleitungen der Fig.8 stellen kein Zwangsmerkmal dar; ihre Funktion, die Durchflußmengen für den zweiten und den dritten Druckausgleich vorzugeben, kann auch dadurch übernommen werden, daß die Ventile 31 bis 38 in vorbestimmter Weise geöffnet werden.

Die Achtbett-Ausführungsform gemäß den Fig. 11 bis 13 unterscheidet sich von den zuvor erläuterten Ausführungsformen durch die Verwendung von vier Druckausgleichsslufen. Dadurch wird die Produktgasausbeute höher; entsprechend F i g. 11 sind jedoch ein kompliziertes Rohrleitungssystem und mehr Ventile erforderlich. Es müssen Ventile 71 bis 78 an den Eintrittsenden der Betten 1 bis 8 vorgesehen sein, um den zusätzlichen Einsatzgasstrom für das endgültige Wiederaufdrücken (FR) jedes Bettes zu steuern, das auf den ersten Ausgleichsdruck (E 1 R) wiederaufgedrückt wurde. Beispielsweise erfolgt das endgültige Wiederaufdrücken des Bettes 2 während der Zeiteinheit 2 durch öffner, des Ventils 7Z so daß über ein Ventil 81 zugeleitetes Einsaitzgas zum Eintrittsende des Bettes gelangt Bei den zuvor erläuterten Ausführungsformen erfolgte das endgültige Wiederaufdrücken durch Produktgas, das am Austrittsende des Bettes zugeführt wurde.

Fig. 12 läßt erkennen, daß während des ersten Druckausgleichs El D jedes Bett Gas an das dritthöher bezifferte Bett (EXR) abgibt Während des zweiten Druckausgleichs EID gibt jedes Bett Gas an das vierthöher bezifferte Bett (EIR) ab. Während des dritten Druckausgleichs F3Dgibt jedes Bett Gas an das fünfthöher bezifferte Bett (E3R) ab. Während des vierten Druckausgleichs (EAD) gibt jedes Bett Gas an das sechsthöher bezifferte Bett (E4R) ab. Bei dieser Ausführungsform folgen die vier Druckausgleichsstufen aufeinander; sie gehen der Gleichstromdruckminderung PP voraus. Vier Druckausgleichsstufen sind von Vorteil, wenn das Druckverhältnis von Einsatzgas τ» Spülgas verhältnismäßig hoch ist, d. h. mindestens 10 beträgt

Die Siebenbett-Ausführung gemäß den Fig. 14 bis 16 läßt verschiedene weitere Abwandlungen erkennen. Statt zum Spülen Gleichstromdmckmindepjngsgas zu verwenden, wird die Phase PP ausgelassen und Produktgas benutzt Ein Vorteil ist, daß die Größe der Betten vermindert werden kann, v^eil das mit einer Gleichstromdruckminderung verbundene Vorrücken der Verunreinigungsadsorptionsfront vermieden wird. Die prozentuale Produktausbeute ist jedoch geringer, und zwar nicht nur weil Produktgas zum Spülen benutzt wird, sondern weil auch das Abblasen im Gegenstrom bei einem verhältnismäßig höheren Druck beginnt

Das während der Druckausgleichsstufen am Austrittsende freigesetzte Gas kann, bowohl nicht veranschaulicht zum Teil zum Spülen herangezogen werden. Beispielsweise kann bei der Ausführungsform nach den Fig. 14 bis 16 diese Abwandlung benutzt werden, um für das erforderliche Spülgas zu sorgen, ohne daß wieder mit Gleichstromdruckminderung gearbeitet wird.

Die einzige in Fig. 14 erforderliche Änderung der Ventilanordnung und Leitungsführung besteht darin, daß der Regler 83 an die Druckausgleichssammelleitung für die Ventile 61 bis 67 statt an die Produktgassammelleitung für die Ventile 21 bis 27 angeschlossen wird. In Fig. 15 wurden die Zeiteinheiten für den zweiten und den dritten Druckausgleich E2D und E3D auch die Gleichstromdruckminderung für das Spülgas Pf umfassen; in dem Ventilzeitprogramm nach Fig. 16 wären keine Änderungen erforderlich. Das während der Phase E2D am Austrittsende eines Bettes freigesetzte Gas würde also teilweise dem fünfthoher bezifferten Adsorberbett zum Spülen zugeleitet, während das am Ausuittsende eines Bettes während der Phase E3D freigesetzte Gas teilweise dem sechsthöher bezifferten Adsorberbett zwecks Spülens zugehen würde.

Hierzu 18BIaIt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Adiabatisches Druckkreisverfahren zum Trennen von Gasgemischen durch selektives Adsorbieren mindestens einer Gaskomponente in jedem einer Mehrzahl von mehr als vier Adsorberbetten, bei dem zyklisch ein Einsatzgasgemisch dem Eintrittsende des Bettes mit einem ersten höchsten Oberdruck zugeführt, von dem Austrittsende des Bettes nicht adsorbiertes Produktgas abgezogen und anfängliches, in den Adsorberbettzwischenräumen eingeschlossenes Gas am Austrittsende des Bettes nacheinander in zwei gesonderten Stufen freigesetzt und dem Austrittsende eines jeweils anderen Adsorberbettes, das zuvor von der einen Komponente gereinigt wurde und sich anfänglich auf einem niedrigeren ersten Zwischendruck bzw. einem noch niedrigeren zweiten Zwischendruck befindet, zugeführt wirrf, bis sich ein Druckausgleich zwischen den Betten auf einen ersten bzw. zweiten Gleichgewichtsdruck eingestellt hat, bei dem ferner Gas am Eintrittsende des Bettes zwecks Gegenstromabbla-

_t sens auf einen niedrigsten Druck freigesetzt und an j der einen Komponente verarmtes Gas von einem anderen Adsorbetbett aus dem Austnttsende des Bettes zugeführt wird, um die eine Komponente hindurch auszuspülen, das gespülte Bett auf den ersten höchsten Überdruck wiederaufgedrückt und anschließend das Arbeitsspiel wiederholt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit mindestens sieben Adsorberbett:·^ gearbeitet wird, das Einsatzgasgemisch gleichzeitig den Eintrittsenden von mindestens zwei Ad.c Tberbetten in sich überlappenden identischen Arbeitsspielen der Reihe nach von dem ersten bis zum höchstbezifferten Bett zugeführt wird und danach die Arbeitsfolge ständig derart wiederholt wird, daß während der Anfangsdauer einer Adsorptionsphase eines Bettes das unmittelbar vorhergehende niedriger bezifferte Bett gleichfalls die Adsorptionsphase durchläuft und während des letzten Teils das unmittelbar folgende höher bezifferte Bett ebenfalls auf die Adsorptionsphase geschaltet ist, daß der erste Druckausgleich mit einem mindestens dritthöher bezifferten Bett und der zweite Druckausgleich mit einem mindestens vierthöher bezifferten Bett erfolgen, und daß das sich anfänglich auf dem zweiten Gleichgewichtsdruck befindliche, die eine Komponente enthaltende Adsorberbett mit einem anderen zuvor gespülten und mindestens fünfthöher bezifferten Bett, das sich ursprünglich auf dem niedrigsten Druck befindet, zu einem dritten Druckausgleich derart gebracht wird, daß die beiden Betten schließlich einen dritten Gleichgewichtsdruck annehmen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von mindestens neun Adsorberbetten während der Anfangsdauer einer Adsorptionsphase die beiden unmittelbar vorhergehenden niedriger bezifferten Betten, während des mittleren Teils der Adsorptionsphase das unmittelbar vorhergehende niedriger bezifferte Bett und das unmittelbar folgende näher bezifferte Bett und während des letzten Teils einer Adsorptionsphase die beiden unmittelbar folgenden höher bezifferten μ Betten gleichfalls auf die Adsorptionsphase geschaltet werden.

Die Erfindung betrifft ein adiabatisches Druckkreisverfahren zum Trennen von Gasgemischen durch selektives Adsorbieren mindestens einer Gaskomponente in jedem einer Mehrzahl von mehr als vier Adsorberbetten, bei dem zyklisch ein Einsatzgasgemisch dem Eintrittsende des Bettes mit einem ersten höchsten Überdruck zugeführt, von dem Austrittsende des Bettes nicht adsorbiertes Produktgas abgezogen und anfängliches, in den Adsorberbettzwischenräumen eingeschlossenes Gas am Austrittsende des Bettes nacheinander in zwei gesonderten Stufen freigesetzt und dem Austnttsende eines jeweils anderen Adsorberbettes, das zuvor von der einen Komponente gereinigt wurde und sich anfänglich auf einem niedrigeren ersten Zwischendruck bzw. einem noch niedrigeren zweiten Zwischendruck befindet, zugeführt wird, bis sich ein Druckausgleich zwischen den Betten auf einen ersten bzw. zweiten Gleichgewichtsdruck eingestellt hat, bei dem ferner Gas am Eintrittsende des Bettes zwecks Gegenstrombiasens auf einen niedrigsten Druck freigesetzt und an der einen Komponente verarmtes Gas von einem anderen Adsorberbett aus dem Austnttsende des Bettes zugeführt wird, um die eine Komponente zu desorbieren und durch das Eintrittsende des Bettes hindurch auszuspülen, das gespülte Bett auf den ersten höchsten Überdruck wiederaufgedreckt und anschließend das Arbeitsspiel wiederholt wird.

Ein bekanntes Verfahren diesen Art (Figuren 3 und 4 der DE-OS 17 69 936) arbeitet mit fünf Adsorberbetten und einem zweistufigen Druckausgleich vor dem Spülen. In dem weiteren, dem Spülvorgang vorausgehenden Stufen (Gleichstrom- und Gegenstromdruckminderung) wird 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.

Daneben ist es bekannt, bei Anlagen mit vier Adsorberbetten einen zweistufigen Druckausgleich (Figuren 1 und 2 der US-PS 35 64 816) oder einen einstufigen Druckausgleich (Figuren 1 und 2 der DE-OS 17 69 i)36) vorzunehmen.

Es wurde nun gefunden, daß das Desorbatprofil in dem gasaufnehmenden Adsorberbett während eines ein- oder zweistufigen Druckausgleichs mit dem gasabgebenden Bett seine Lage unerwünscht umkehrt. Das heißt, die Desorbatmenge steigt in dem während eines Druckausgleichs abgegebenen Gas an, so daß das aufnehmende Bett zunächst ein Gas mit verhältnismäßig wenig Desorbatanteil aufnimmt und die Desorbatkonzentration mit fortschreitendem Druckausgleich ständig zunimmt. Das Gas mit der höheren Desorbatkonzentration liegt dabei dem produktseitigen Ende des wiederaufgedrückten Bettes am nächsten. Wenn daher dieses Bett auf die Adsorptionsstufe zurückgeschaltet wird, wird das Gas mit höherer Desorbatkonzentration sofort als Produktgas abgegeben. Dadurch wird naturgemäß die Produkteinheit begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das eine erhöhte Produktreinheit gewährleistet, zu höherer prozentualer Ausbeute an nichtabsorbiertem Produktgas führt und mit kleinerem Gesamtvolumen an Adsorbergefäßen sowie geringerer Adsorptionsmittelmenge als bekannte Anlagen auskommt.