DE69212699T2

DE69212699T2 - Gastrennungsverfahren

Info

Publication number: DE69212699T2
Application number: DE69212699T
Authority: DE
Inventors: Yasushi Kobayashi; Toshio Yamaguchi
Original assignee: Toyo Engineering Corp
Current assignee: Toyo Engineering Corp
Priority date: 1991-05-13
Filing date: 1992-05-12
Publication date: 1996-11-28
Anticipated expiration: 2012-05-13
Also published as: JP2981302B2; EP0513747A1; EP0513747B1; JPH04338206A; US5250088A; DE69212699D1

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum selektiven Trennen von gasförmigen Komponenten aus einem Gasgemisch unter Einsatz eines Adsorptionsmittels.
Bei Verfahrensweisen zum selektiven Trennen von gasförmigen Komponenten, insbesondere gasförmigen Verunreinigungen, aus einem Gasgemisch, war es bisher allgemeine Praxis, daß die gasförmige Verunreinigung an einem Adsorptionsmittel einer Adsorptionsmittelschicht adsorbiert wird, und daß dann, wenn das Adsorptionsmittel den Grenzwert des Adsorptionsvermögens erreicht, die Adsorptionsmittelschicht druckentlastet wird, und im Anschluß daran die Adsorptionsmittelschicht mit einem Gas gespült wird, welches die gasförmige Verunreinigung in nicht so starkem Maße enthält, daß die gasförmige Verunreinigung von dem Adsorptionsmittel zur Regenerierung des Adsorptionsmittel desorbiert wird.
Unter diesen Verfahrensweisen ist in JP-B-62047051, welche der EP-A-0 022 603 entspricht, die folgende Verfahrensweise als ein Gastrennungsverfahren beschrieben, welches den Verlust an behandeltem, das heißt gereinigtem Gas, minimieren kann.
Nach diesem üblichen Verfahren wird die gasförmige Verunreinigung selektiv und adiabat an einem Adsorptionsmittel adsorbiert. Das Adsorptionsmittel wird druckentlastet und dann bei einem niedrigen Druck unter Einsatz eines Gases gespült, welches Gase in einem Bereich umfassen kann, bei dem es sich um solche handeln kann, die nur geringfügig kontaminiert sind bis zu solchen, bei denen es sich im wesentlichen um reine Gase handelt. Hierdurch erfolgen eine Desorption der gasförmigen Verunreinigung und eine Regeneration des Adsorptionsmittels. Das Adsorptionsmittel wird dann wiederum mit Druck beaufschlagt. Bei dem üblichen Verfahren werden alternierend und zyklisch viele Kolonnen mit Adsorptionsmitteln eingesetzt, so daß die gasförmige Verunreinigung aus einem Gemisch abgetrennt wird, um ein gereinigtes Gas zu erhalten. Jeder Zyklus weist eine Anzahl von Schritten, ausgehend von der ersten Adsorptionskolonne auf, deren Adsorptionsmittel infolge der Adsorption der gasförmigen Verunreinigung erschöpft ist. Diese Schritte umfassen folgendes:
Druckentlastung der ersten Adsorptionskolonne über einen Auslaß hiervon, während ein Einlaß der ersten Adsorptionskolonne geschlossen wird, so daß das Gas, welches in Hohlräumen der ersten Adsorptionskolonne vorhandenen ist, sich expandieren kann;
Einleiten des so expandierten Gases in eine weitere Adsorptionskolonne, welche regeneriert worden ist, über einen Auslaß zur weiteren Adsorptionskolonne, bis die weitere Adsorptionskolonne und die erste Adsorptionskolonne hinsichtlich des Drucks ausgeglichen sind;
weitere Druckentlastung der ersten Adsorptionskolonne durch den Auslaß hiervon, um zu bewirken, daß das Gas, welches in den Hohlräumen der ersten Adsorptionskolonne vorhanden ist, sich weiter expandieren kann, und dann Einleiten des weiter expandierte Gases in eine mit Füllung versehene Kolonne mit einer inerten, nicht-porösen Füllung, welche eine hohe Hohlraumfraktion hat, und zwar von einem Ende derselben;
Einleiten eines weiter expandierten Gases von einer zweiten Adsorptionskolonne, deren Adsorptionsmittel erschöpft ist, in die mit Füllung versehenen Kolonne über das gegenüberliegende Ende der mit Füllung versehenen Kolonne, wodurch das zuerst erwähnte, weiter expandierte Gas aus der Kolonne mit Füllung entfernt wird;
Druckentlastung der ersten Adsorptionskolonne auf einen niedrigsten Druck über den Einlaß hiervon, Einleiten eines Teils des ersterwähnten, weiter expandierten Gases oder dieses Gases insgesamt, welches aus der mit Füllung versehenen Kolonne entfernt worden ist, in die erste Adsorptionskolonne, um die erste Adsorptionskolonne zu spülen, und daß dann, wenn nach wie vor noch ein Restteil des ersterwähnten, weiter expandierten Gases, welches von der mit Füllung versehenen Kolonne zu entfernen ist, zurückbleibt und dieser Restteil des zuerst erwähnten weiter expandierten Gases in eine dritte Adsorptionskolonne eingeleitet wird, und zwar über einen Einlaß hiervon, um die dritte Adsorptionskolonne auf einen Zwischendruckwert unter Druck zu setzen;
Einleiten des expandierten Gases von einer vierten Adsorptionskolonne, welche erschöpft ist, in die erste Adsorptionskolonne, welche bereits regeneriert worden ist, über den Auslaß, während der Einlaß der ersten Adsorptionskolonne geschlossen wird, bis die vierte Adsorptionskolonne und die erste Adsorptionskolonne hinsichtlich des Drucks ausgeglichen sind;
Einleiten eines Gases mit der gleichen Qualität wie das gereinigte Gas von einem Gasstrom der gleichen Qualität wie das gereinigte Gas in die erste Adsorptionskolonne über den Auslaß hiervon, während der Einlaß der ersten Adsorptionskolonne geschlossen wird, bis der Druck im Inneren der ersten Adsorptionskolonne gleich dem Druck des Gasstromes wird; und
Einleiten des Gasgemisches, welche die gasförmige Verunreinigungen enthält, in die erste Adsorptionskolonne über den Einlaß hiervon und Ausleiten des gereinigten Gases über den Auslaß der ersten Adsorptionskolonne.
Gemäß dem vorstehend genannten üblichen Verfahren hat der Einsatz einer mit Füllung versehenen Kolonne, welche mit einer inerten, nicht porösen Füllung gefüllt ist, die eine hohe Hohlraumfraktion hat, und als eine Haltekolonne der Bauart dient, bei welcher die Abfolge von Aufgabe und Ausgabe beibehalten wird, ermöglicht, daß der Konzentrationsgradient sich entgegen jenem umkehren läßt, welcher zum Zeitpunkt des Einströmens vorhanden ist, wodurch man den Vorteil erhält, daß sich der Verlust an gereinigtem Gas reduzieren läßt.
Die EP-A-0 022 603 jedoch schreibt nichts über die Abmessung der mit Füllung versehenen Kolonne. Im Anspruch 2 dieser Druckschrift ist angegeben, daß "das expandierte Gas, welches von der ersten Adsorptionskolonne über einen Einlaß der mit einer Füllung versehenen Kolonne eingeleitet wird, und welches in zwei Richtungen herangeführt werden kann, von einer weiteren Adsorptionskolonne über einen weiteren Einlaß der mit Füllung versehenen Kolonne in dem vorangehenden Schritt ersetzt durch das hierdurch eingeleitete Gas verdrängt werden kann, und daß das so ersetzte und verdrängte Gas in eine weitere Adsorptionskolonne eintreten kann, um eine Spülung und/oder Druckwiederbeaufschlagung zu bewirken". Wie sich aus diesen Erläuterungen ergibt, erfüllt die Kolonne mit Füllung in zufriedenstellender Weise die vorstehende Funktion bei dem üblichen Verfahren, so daß das Fassungsvermögen bzw. die Kapazität so ausreichend groß bemessen sein muß, daß die gesamte Menge des Spülgases in ausreichender Weise aufgenommen werden kann.
Aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten heraus ist es jedoch nicht vorteilhaft, eine mit Füllung versehenen Kolonne bereitzustellen, welche ein Fassungsvermögen hat, das so ausreichend groß bemessen ist, daß die gesamte Menge des Spülgases im Hinblick auf die Sicherheit aufgenommen werden kann. Ferner ist es vom technischen Standpunkt her gesehen nicht klar, ob das Fassungsvermögen in so ausreichender Form benötigt wird, daß die gesamte Menge des Spülgases aufgenommen werden kann.
Die Erfinder haben umfangreiche Untersuchungen durchgeführt, um unter Berücksichtigung von wirtschaftlichen und technischen Gesichtspunkten zu bestimmen, welches Fassungsvermögen einer mit Füllung versehenen Kolonne, das heißt einer Haltekolonne (nachstehend bei der Erfindung bezeichnet als "Haltekolonne"), ausreichend ist, um die Gastrennung mit einem möglichst geringen Verlust an gereinigtem Gas bei der praktischen Durchführung der vorstehend genannten üblichen Verfahrensweise zu bestimmen.
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Trennen von gasförmigen Verunreinigungen aus einem Gasgemisch bereitgestellt, welches im Patentanspruch 1 angegeben ist.
Trotzdem bei der Erfindung eine Haltekolonne mit einem Fassungsvermögen eingesetzt wird, welche nicht so ausreichend bemessen ist, daß die gesamte Menge des Spülgases aufgenommen werden kann, lassen sich eine oder mehrere Verunreinigungen selektiv aus einem Gasgemisch trennen, um ein hochreines Gas mit großer Ausbeute zu erhalten. Die Erfindung hat es daher ermöglicht, die Abmessungen der Haltekolonne zu reduzieren, worin ein beträchtlicher wirtschaftlicher Vorteil zu sehen ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 5 wiedergegeben.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Fließschema einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.
Fig. 2 zeigt schematisch die Anordnung von Einlaß/Auslaß- Ventilen (R1, R2) für die Haltekolonne (R) und das Bypass-Ventil (R3), wobei die Bezeichnung 1-3 den Fluß des Spülgases bezeichnet.
Fig. 3 zeigt schematisch einen Zusammenhang der Konzentration der gasförmigen Verunreinigung und der Zeit unter Zuordnung zu den Strömungen des Spülgases in Fig. 2.
Fig.4 ist ein Beispiel eines Zeit-Druck-Diagramms während eines einzigen Zyklusses, wenn eine Anlage vier Adsorptionskolonnen umfaßt.
Fig.5 ist ein Beispiel eines Zeit-Druck-Diagramms während eines einzigen Zyklusses, wenn eine Anlage sechs Adsorptionskolonnen umfaßt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Trotz des Verringerns des Fassungsvermögens der Haltekolonne in einer solchen Weise, daß es nicht ausreicht, die gesamte Menge des Spülgases aufzunehmen, kann die Erfindung nach wie vor eine Trennung von Gasen mit einem verminderten Verlust an gereinigtem Gas erzielen. Wenn das zu behandelnde Gasgemisch beispielsweise ein Raffineneabgas ist, welches Wasserstoff und Methangas umfaßt, ist die Reinheit des so gereinigten Wasserstoffgases keineswegs niedriger als jene des Wasserstoffgases, welches unter Einsatz einer Haltekolonne gereinigt worden ist, deren Fassungsvermögen so ausreichend groß bemessen ist, daß die gesamte Menge des Spülgases aufgenommen werden kann. Wenn der Schritt (d) durchgeführt wird, kann Wasserstoffgas mit noch höherer Effizienz (höhere Rückgewinnungsrate von Wasserstoffgas) zurückgewonnen werden. Die Erfindung ermöglicht daher, die Abmessungen der Haltekolonne zu reduzieren, so daß man hierdurch einen beträchtlichen wirtschaftlichen Vorteil erhält.
Wenn das Fassungsvermögen der Haltekolonne reduziert wird und die Rückgewinnungsrate an gereinigtem Wasserstoffgas sich steigern läßt, ist es nicht mehr möglich, einen Teil des Spülgases, und zwar jenen Teil, welcher die gasförmige Verunreinigung in höhen Konzentrationen enthält, insgesamt in der Haltekolonne aufzunehmen. Diesbezüglich kann nach Figur 1 die Haltekolonne mit einer Bypass-Leitung versehen sein, so daß die ersten und letzten Teile des Spülgases, welche aus der jeweiligen Adsorptionskolonne infolge der Druckherabsetzung zurückgewonnen werden, mittels der Haltekolonne zugeführt werden kann, und daß die Zwischenmengen des Spülgases die Haltekolonne umgehen können. Hierdurch wird ermöglicht, den umgekehrten Zustand des Konzentrationsgradienten des Spülgases aufrechtzuerhalten, den man infolge der Druckentlastung erhält. Die Bypass-Leitung ist mit einem Bypass-Ventil versehen, um die Durchflußrate oder die Druckentlastungsrate zu steuern. Obgleich die Bypass-Leitung vor den Ventilen R1, R2 in Figur 1 angeordnet ist, kann es auf der Seite der Haltekolonne relativ zu den Ventilen R1, R2 angeordnet werden. Hierdurch ist jedoch ein komplizierteres Wege-Steuerventil, wie ein Dreiwege-Ventil erforderlich, so daß die Haltekolonne und die Bypass-Leitung vollständig abgesperrt werden können, um den Druck der Haltekolonne konstant bzw. aufrechtzuerhalten.
Figur 2 zeigt schematisch die Anordnung der Einlaß- und Auslaßventile R1, R2 für die Haltekolonne R und ein Bypass-Ventil R3. Mit 1, 2 und 3 sind Spülgasströmungen bezeichnet. Figur 3 zeigt schematisch einen Zusammenhang der Konzentration der gasförmigen Verunreinigung und der Zeit entsprechend den Strömungen des Spülgases in Figur 2. Wie mit 1 angegeben ist, strömt das Spülgas zuerst durch die Haltekolonne über das Ventil R1 (R2, wenn die Strömungsrichtung des Spülgases entgegengesetzt gerichtet ist). Während dieser Zeit nehmen die Konzentrationen der gasförmigen Verunreinigungen im Spülgas allmählich ab. Zu dem Zeitpunkt, zu dem der Konzentrationsgradient für die gasförmige Verunreinigung sich umzukehren beginnt, wird das Spülgas von der Haltekolonne (2) umgeleitet, und am Ende der Umkehr wird das Spülgas wiederum so geleitet, daß es durch die Haltekolonne (3) strömt. Hierdurch kann ein größerer Reinigungseffekt im Vergleich zu jenem erzielt werden, den man ohne eine Umleitung des Spülgases erhält (siehe den mit gebrochener Linie in Figur 3 eingetragenen Kurvenverlauf).
Die Erzielung einer hohen Rückgewinnungsrate an gereinigtem Gas trotz des Einsatzes einer Haltekolonne, deren Fassungsvermögen zu klein ist, um die gesamte Menge des Spülgases in ausreichender Weise aufzunehmen, läßt sich gemäß nachstehenden Ausführungen erklären. Ferner ist es nicht erforderlich, als Spülgas ein Gas einzusetzen, welches einen umgekehrten Konzentrationsgradienten an gasförmigen Verunreinigungen bei einem hochreinen Anteil des gereinigten Gases hat. Als Spülgas für einen solchen hochreinen Teil reicht es aus, Gas einzuleiten, welches nicht in der Haltekolonne aufgenommen ist, entweder direkt von einer oder mehreren Adsorptionskolonnen oder über die Haltekolonne. Im Zusammenhang mit dem Spülgas für einen derartigen Anteil mit hoher Reinheit hat die Haltekolonne zweckmäßigerweise ein solches Fassungsvermögen, daß die höchste Konzentration der gasförmigen Verunreinigung in dem Spülgas nicht die mittlere Konzentration der gasförmigen Verunreinigung im Spülgas überschreitet, welches in der Haltekolonne aufgenommen ist und aus dieser verdrängt wird. Ferner hat die Herabsetzung der Abmessungen der Haltekolonne es ermöglicht, das Ausmaß der Vermischung von Gas zu reduzieren, wobei diese Vermischung unvermeidbar in einer Haltekolonne auftritt, wodurch sich die Gleichmäßigkeit der Zusammensetzung der gasförmigen Verunreinigung in der Haltekolonne in vereinfachter Weise beibehalten läßt.
Bei der Erfindung kann das Fassungsvermögen der Haltekolonne so ausreichend bemessen sein, daß 80 % oder weniger der Gesamtmenge des Spülgases aufgenommen werden kann. Bei einigen Anwendungsfällen kann man die Vorteile nach der Erfindung selbst dann erreichen, wenn man eine Haltekolonne einsetzt, deren Fassungsvermögen so klein ist, daß nur 10 % der Gesamtmenge des Spülgases aufgenommen werden kann.
Die Erfindung kann bei unterschiedlichen Anwendungsfällen zum Einsatz kommen, bei denen jeweils eine oder mehrere Verunreinigungen selektiv aus einem Gasgemisch zu trennen sind, um ein Erzeugnisgas mit einer hohen Reinheit zu erhalten. Die Erfindung ist insbesondere zweckmäßig bei der Bereitstellung eines gasförmigen Erzeugnisses mit einer relativ hohen Verunreinigungskonzentration (einigen 100 ppm oder größer) von einem Raffinerieabgas, einem Abgas einer Ethylenverarbeitungsanlage oder einem Dampfumwandlungsgas.
Die Haltekolonne mit der Bauart, welche die Abfolge von Einleiten/Ausleiten beibehält, und welche bei der Erfindung zum Einsatz kommt, kann ein Gasgemisch aufnehmen, halten und ausleiten, welches eine Gaskonzentration hat, die sich in Längsrichtung der Förderleitung ändert, während diese Veränderungen und der Beitrag aufrechterhalten werden. Wenn als Kurzbeschreibung das Gas von der ersten Adsorptionskolonne in die Haltekolonne im Schritt (c) strömt, wird die spezielle Komponente, die am Adsorptionsbett der ersten Adsorptionskolonne adsorbiert ist (nachstehend bezeichnet als "das erste Adsorptionsbett") desorbiert (die spezielle Komponente wird nachstehend bezeichnet als "die Verunreinigung" ohne hierin eine Beschränkung zu sehen). Folglich ist die Konzentration der Verunreinigung im Gas, das aus der ersten Adsorptionskolonne austritt, relativ niedrig in einer Anfangsstufe, sie wird aber relativ größer in einer späteren Stufe. Das in die Haltekolonne einströmende Gas hat daher einen Konzentrationsgradienten bezüglich der Verunreinigung. In anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, daß das früher eingeströmt Gas eine niedrigere Verunreinigungskonzentration hat. Im Schritt (f) wird bewirkt, daß das Gas, welches den vorstehend beschriebenen Konzentrationsgradienten hat, in Gegenrichtung zu der Richtung des gleichen Gases strömt, welches in die Haltekolonne einströmt, so daß die erste Adsorptionskolonne gespült wird. Die Verunreinigung am ersten Adsorptionsbett wird durch dieses Spülen weiter entfernt. Das in die erste Adsorptionskolonne einströmende Gas hat einen Konzentrationsgradienten in einer solchen Weise, daß die Konzentration der Verunreinigung am Beginn groß ist, aber allmählich kleiner wird. Daher wird das erste Adsorptionsbett mit relativ kontaminiertem Gas gespült, während die Kontamination des ersten Adsorptionsbettes beträchtlich ist, aber die Spülung mit einem weniger kontaminierten, das heißt einem reineren Gas gespült wird, so daß das erste Adsorptionsbett reiner wird. Es ist noch zu erwähnen, daß eine wirtschaftliche und effiziente Spülung durchführbar ist.
Die Haltekolonne kann von wenigstens einer Kolonne gebildet werden, welche eine Füllung mit einer inerten, nicht-porösen Füllung mit einer hohen Hohlraumfraktion hat, wie dies beispielsweise in EP-A-0 022 603 beschrieben ist, wobei ein oder mehrere Trennwände zur Unterteilung vorgesehen sein können, um eine Reihe von Räumen zu bilden, welche in Serie geschaltet angeordnet sind. Hierzu kann ein Hohlkörper eingesetzt werden, oder die Unterteilung in kleine Räume kann auf andere Weise erfolgen, welche in Serie geschaltet sind. Es kann wenigstens eine Reihe von Räumen in der Kolonne vorgesehen sein, welche keinerlei Füllung haben. Auch kann eine Kombination hiervon vorgesehen sein, das heißt eine Haltekolonne, welche teilweise mit einer Füllung versehen ist. Die Zielsetzungen und Vorteile nach der Erfindung lassen sich unter Verwendung einer beliebigen Haltekolonne erreichen.
Bei der Erfindung kann die Konzentration einer Verunreinigung in einem gasförmigen Erzeugnis ferner dadurch gesteuert werden, daß der Konzentrationsgradient der Verunreinigung im Spülgas überwacht wird, um die Zusammensetzung des gereinigten Gases zu bestimmen, und gegebenenfalls kann die Zykluszeit modifiziert werden, um den Konzentrationsgradienten des Spülgases im vorhinein zu regeln. Derartige Modifikationen der Zykluszeit können entweder manuell oder mittels einer automatischen Steuerung bewerkstelligt werden.
Das gemäß dem Verfahren nach der Erfindung zu behandelnde Gas ist ein Gemisch, welches Wasserstoffgas und wenigstens eine gasförmige Verunreinigung umfaßt, welche abzutrennen bzw. zu entfernen ist. Beispiele von gasförmigen Verunreinigungen umfassen Methan, gasförmige Kohlenwasserstoffe, abgesehen von Methan, Kohlendioxid und Kohlemonoxid.
Nachstehend werden Beispiele nach der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.

Beispiel 1

Unter Einsatz der Gastrennanlage mit dem Fließschema nach Figur 1 erfolgt eine Trennung der Gase nach Maßgabe der Arbeitsweise, welche in Figur 2 gezeigt ist.
Figur 1 ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens nach der Erfindung, welches unter Einsatz von vier Adsorptionskolonnen und einer Haltekolonne durchgeführt wird. Die wesentlichen, in der Zeichnung gezeigten Einzelheiten sind folgende:
A - D: Adsorptionskolonnen,
R: Haltekolonne
A1, B1, C1 und D1: Einlaßventile für zu behandelndes Gas,
A2, B2, C2 und D2: Abgas-Spülventil,
A3, B3, C3 und D3: Verbindungsventile zur Haltekolonne,
A4, B4, C4 und D4: Druckbeaufschlagungs- oder Druckentlastungsventile,
A5, B5, C5 und D5: Auslaßventile für gereinigte Gase,
R1 und R2: Einlaß- und Auslaßventile der Haltekolonne,
R3: Bypass-Ventil, und
P1: Ventil für gereinigtes Gas, welches zur Druckbeaufschlagung eingesetzt wird.
Figur 4 ist ein Zeit-Druck-Diagramm, welches zur Beschreibung des Verfahrensablaufs nach der Erfindung zweckmäßig ist.
Die Arbeitsweise nach Figur 1 wird nunmehr schrittweise unter Hervorhebung der Adsorptionskolonne B als erste Adsorptionskolonne beschrieben.

Unterschritte 1 bis 4 (Schritt a):

Ein zu behandelndes Gas wird unter einem hohen Druck in die erste Adsorptionskolonne B über das Einlaßventil B1 eingeleitet und nach der Adsorption einer Verunreinigung wird das gereinigte Gas über das Auslaßventil B5 ausgeleitet. Bevor die Adsorptionskolonne B kein verbleibendes Adsorptionsvermögen mehr hat und die Reinheit des gereinigten Gases unter einen Sollwert fällt, werden die Ventile B1 und B5 geschlossen, um die Adsorption zu beenden.

Unterschritt 5 (Schritt b):

Der Druck in der Adsorptionskolonne B wird mittels des Ventils B4 herabgesetzt. Das aus der Adsorptionskolonne B ausströmende Gas wird genutzt, um den Druck einer weiteren Adsorptionskolonne D anzuheben.

Unterschritt 6:

Der Druck der Adsorptionskolonne B wird weiter durch das Ventil B3 herabgesetzt. Das aus der Adsorptionskolonne B ausströmende Gas wird in die Haltekolonne über das Ventil R2 eingeleitet. Dieser Verfahrensablauf wird fortgesetzt, bis der Durchbruch der Verunreinigung in dem Gas aufzutreten beginnt, welches aus der Adsorptionskolonne B austritt.

Unterschritt 7 (Unterschritte 6 und 7 entsprechen der Kombination des Schritts c):

Das in der Haltekolonne R aufgenommene Gas wird durch das Gas verdrängt, das aus der ersten Adsorptionskolonne B ausgetreten ist und in die Haltekolonne R eingetreten ist, und dieses wird dann in die zweite Adsorptionskolonne A über die Ventile R1 und A3 eingeleitet, wobei die Verunreinigung aus der zweiten Adsorptionskolonne A herausgespült wird.

Unterschritt 8 (Schritt d):

Ein Spülventil A2 der zweiten Adsorptionskolonne A wird geschlossen, wodurch ein Druckausgleich der Adsorptionskolonne B mit dem Druck der Adsorptionskolonne A durch ein besonderes Spülgas von der Adsorptionskolonne B erfolgt.

Unterschritt 9 (Schritt e):

Das Ventil B3 wird geschlossen, an Stelle hiervon wird das Ventil B2 geöffnet, wodurch der Innendruck der Adsorptionskolonne B auf einen niedrigsten Wert herabgesetzt wird, um die Verunreinigung zu desorbieren.

Unterschritt 10 (Schritt f):

Das in der Haltekolonne R aufgenommene Gas wird durch das Gas verdrängt, welches aus der dritten Adsorptionskolonne C ausgetreten und in die Haltekolonne R eingetragen ist, und dieses wird dann in die erste Adsorptionskolonne B über die Ventile R2 und B3 eingeleitet, wodurch die Verunreinigung der ersten Adsorptionskolonne B herausgespült wird.

Unterschritt 11 (Schritt g):

Das Reinigungsventil B2 der Adsorptionskolonne B wird geschlossen, wodurch die Adsorptionskolonne C in Druckausgleich wiederum mit dem Druck der Adsorptionskolonne B mittels eines besonderen Spülgases von der Adsorptionskolonne C gebracht wird.

Unterschritt 12 (Schritt h):

Das Gas, welches aus der vierten Adsorptionskolonne D ausgetreten ist, um den Druck der Kolonne D herabzusetzen, und ein Teil des gereinigten Gases werden in die erste Adsorptionskolonne B über das Ventil B4 eingeleitet, so daß der Innendruck der ersten Adsorptionskolonne B größer wird.

Unterschritte 13 bis 15 (Schritt i):

Ein Teil des gereinigten Gases wird in die erste Adsorptionskolonne B über die Ventile P1 und B4 eingeleitet, wodurch die erste Adsorptionskolonne B mit einem Druck für einen Adsorptionsdruck beaufschlagt wird.
Die Zusammensetzung (Prozentsatz auf Trockenvolumenbasis) eines behandelten gasförmigen Gemisches war wie folgt:
H&sub2;: 78.9, CH&sub4;: 15.2, C&sub2;H&sub6;: 4.1, C&sub3;H&sub8;: 1.3, n-C&sub4;H&sub1;&sub0;: 0.3, n- und i-C&sub5;H&sub1;&sub2;: 0.1, H&sub2;O: 0.1
Das gasförmige Gemisch bzw. das Gasgemisch wurde bei einem Druck von 29 km/cm² (absolut) und einer Strömungsrate von 2350 Nm³/h bei 30ºC in die Trennanlage nach Figur 1 eingeleitet. Aufgrund der Trennung erhielt man gereinigtes Gas, welches Wasserstoff mit wenigstens 99,99 Vol.-% Reinheit umfaßt, mit einer Strömungsrate von 1595 Nm³/h. Dies bedeutet, daß etwa 86 % des Wasserstoffgases in dem so behandelten Gemisch als gereinigtes Gas zurückgewonnen wurde. Die Zykluszeit belief sich auf 30 Minuten und das Abgas wurde bei einem Druck von 1,4 kg/cm² (absolut) freigesetzt.
Jede der vier Adsorptionskolonnen war eine Kolonne mit einem Durchmesser von 0,87 m und einer Höhe von 5,0 m. Die oberen drei Viertel jeder Kolonne waren mit Aktivkohle gefüllt, welche eine mittlere Teilchengröße von 2,5 mm hatte, und das untere Viertel war mit Siliziumoxidgel gefüllt, welches eine mittlere Teilchengröße von 1 bis 2 mm hatte. Die Haltekolonne hatte einen Durchmesser von 0,7 m und eine Höhe von 11 m sowie ein Fassungsvermögen, welches so ausreichend bemessen war, daß 20 % der Menge des eingesetzten Spülgases aufgenommen werden konnte.

Beispiel 2

Eine Gastrennanlage, deren Fließschema in Figur 1 gezeigt ist, wird eingesetzt, und es wurde eine Trennung von Gase nach Maßgabe der Arbeitsweise durchgeführt, die in Figur 4 verdeutlicht ist.
Die Zusammensetzung (Prozentsatz auf Trockenvolumenbasis) eines behandelten Gasgemisches war wie folgt:
H&sub2;: 78.8, CH&sub4;: 15.3, C&sub2;H&sub6;: 4.0, C&sub3;H&sub8;: 1.4, n-C&sub4;H&sub1;&sub0;: 0.3, n- und i-C&sub5;H&sub1;&sub2;: 0.1, H&sub2;O: 0.1
Das Gasgemisch wurde bei einem Druck von 29 kg/cm² (absolut) und einer Strömungsrate von 2350 Nm³/h bei 15ºC in die Trennanlage nach Figur 1 eingeleitet. Als eine Folge der Trennung wurde gereinigtes Gas, welches Wasserstoff mit wenigstens 99,99 Vol.-% Reinheit umfaßt, mit einer Strömungsrate von 1598 Nm³/h erhalten. Dies bedeutet, daß etwa 86,3 % des Wasserstoffgases im behandelten Gasgemisch als gereinigtes Gas zurückgewonnen wurde. Die Zykluszeit belief sich auf 30 Minuten und das Abgas wurde bei einem Druck von 1,4 kg/cm² (absolut) freigesetzt.
Jede der vier Adsorptionskolonnen war eine Kolonne mit einem Durchmesser von 0,7 m und einer Höhe von 5,0 m. Die oberen drei Viertel jeder Kolonne waren mit Aktivkohle gefüllt, welche eine mittlere Teilchengröße von 2,5 mm hatte, und das untere Viertel war mit Siliziumoxidgel gefüllt, welches eine mittlere Teilchengröße von 1 bis 2 mm hatte. Die Haltekolonne hatte einen Durchmesser von 1,0 m und eine Höhe von 22 m, sowie ein Fassungsvermögen, welches so ausreichend bemessen war, daß 83 % der Menge des eingesetzten Spülgases aufgenommen werden konnte.

Beispiel 3

Es wurde eine Gastrennanlage mit dem Fließschema nach Figur 1 mit der Abweichung eingesetzt, daß sechs Adsorptionskolonnen vorgesehen waren. Die Trennung der Gase erfolgte nach Maßgabe der Arbeitsweise, welche in Figur 5 verdeutlicht ist. Beim Vergleich von Figur 5 mit Figur 4, bei der vier Kolonnen eingesetzt wurden, ist zu ersehen, daß zwei Kolonnen gleichzeitig eingesetzt wurden,um die Adsorption im Adsorptionsschritt durchzuführen. Ferner wurde der Druckausgleich mit einer weiteren Adsorptionskolonne von einmal auf zweimal erhöht.
Die Zusammensetzung (Prozentsatz auf Trockenvolumenbasis) eines behandelten gasförmigen Gemisches war wie folgt:
H&sub2;: 79.2, CH&sub4;: 14.9, C&sub2;H&sub6;: 4.0, C&sub3;H&sub8;: 1.4, n-C&sub4;H&sub1;&sub0;: 0.3, n- und i-C&sub5;H&sub1;&sub2;: 0.1, H&sub2;O: 0.1
Das gasförmige Gemisch wurde mit einem Druck von 29 kg/cm² (absolut) und einer Strömungsrate von 5850 Nm³/h bei 15ºC in die Trennanlage eingeleitet. Infolge der Trennung wurde gereinigtes Gas, welches Wasserstoff mit einer Reinheit von wenigstens 99,99-Vol.-% umfaßt, mit einer Strömungsrate von 4073 Nm³/h erhalten. Dies bedeutet, daß etwa 87,9 % des Wasserstoffgases in dem so behandelten Gasgemisch als gereinigtes Gas zurückgewonnen wurde. Die Zykluszeit belief sich auf 15 Minuten und das Abgas wurde bei einem Druck von 1,4 kg/cm² (absolut) freigesetzt.
Jede der sechs Adsorptionskolonnen war eine Kolonne mit einem Durchmesser von 1,0 m und einer Höhe von 5,0 m. Die oberen drei Viertel jeder Kolonne waren mit Aktivkohle gefüllt, welche eine mittlere Teilchengröße von 2,5 mm hatte, und das untere Viertel war mit Siliziumoxidgel gefüllt, welches eine mittlere Teilchengröße von 1 bis 2 mm hatte. Die Haltekolonne hatte einen Durchmesser von 1,7 m und eine Höhe von 7 m sowie ein Fassungsvermögen, welches so ausreichend bemessen war, daß 23 % der Menge des eingesetzten Spülgases aufgenommen werden konnte.

Beispiel 4

Unter Einsatz einer Gastrennanlage mit dem Fließschema nach Figur 1, aber in Abweichung hierzu mit dem Einsatz von sechs Adsorptionskolonnen, wurde eine Trennung von Gasen nach Maßgabe der Arbeitsweise nach Figur 5 vorgenommen. Beim Vergleich von Figur 5 mit Figur 4, bei der vier Kolonnen eingesetzt werden, ist zu ersehen, daß zwei Kolonnen gleichzeitig eingesetzt werden, um die Adsorption im Adsorptionsschritt durchzuführen. Ferner wurde der Druckausgleich mit einer weiteren Adsorptionskolonne von einmal auf zweimal erhöht.
Die Zusammensetzung (Prozentsatz auf Trockenvolumenbasis) eines behandelten Gasgemisches war wie folgt:
H&sub2;: 78.9, CH&sub4;: 15.0, C&sub2;H&sub6;: 4.0, C&sub3;H&sub8;: 1.6, n-C&sub4;H&sub1;&sub0;: 0.3, n- und i-C&sub5;H&sub1;&sub2;: 0.1, H&sub2;O: 0.1
Das gasförmige Gemisch wurde bei einem Druck von 29 kg/cm² (absolut) und einer Strömungsrate von 5850 Nm³/h bei 15ºC in die Trennanlage eingeleitet. Man erhielt ein gereinigtes Gas, welches Wasserstoff von wenigstens 99,99-Vol-%-Reinheit umfaßt, mit einer Strömungsrate von 4076 Nm³/h. Dies bedeutet, daß etwa 88,3 % des Wasserstoffgases im so behandelten Gasgemisch als gereinigtes Gas zurückgewonnen wurde. Die Zykluszeit belief sich auf 15 Minuten, und das Abgas wurde bei einem Druck von 1,3 kg/cm² (absolut) freigesetzt.
Jede der sechs Adsorptionskolonnen hatte einen Durchmesser von 1,0 m und eine Höhe von 5,0 m. Die oberen drei Viertel jeder Kolonne waren mit Aktivkohle gefüllt, welche eine mittlere Teilchengröße von 2,5 mm hatte, und das untere Viertel war mit Siliziumoxidgel gefüllt, welches eine mittlere Teilchengröße von 1 bis 2 mm hatte. Die Haltekolonne hatte einen Durchmesser von 1,0 m und eine Höhe von 15 m sowie ein Fassungsvermögen, welches so ausreichend bemessen war, daß 87 % der Menge des eingesetzten Spülgases aufgenommen werden konnte.

Claims

1. Verfahren zum Trennen gasförmiger Verunreinigungen aus einem Gasgemisch unter Einsatz von wenigstens drei Adsorptionskolonnen, welche Adsorptionsmittel enthalten, und einer Haltekolonne der Bauart, welche eine Abfolge des Einleitens und Ausleitens beibehält, wobei das Verfahren wiederholt ausführbare, abwechselnde, zyklische Adsorptions- und Desorptionsschritte mit wenigstens drei Adsorptionskolonnen umfaßt und die folgenden Schritte:

(a) Einleiten des Gasgemisches in eine erste Adsorptionskolonne durch einen Einlaß hiervon, Ausleiten des gereinigten Gases durch einen Auslaß der ersten Adsorptionskolonne und Beenden des Einleitens und Ausleitens bevor das Adsorptionsmittel in der ersten Adsorptionskolonne aufgebraucht ist und die Reinheit des gereinigten Gases unter einen Sollwert fällt;

(b) Herstellen einer kommunizierenden Verbindung eines Auslasses einer weiteren Adsorptionskolonne, deren Adsorptionsmittel regeneriert worden ist, mit dem Auslaß der ersten Adsorptionskolonne, welche bereits dem Schritt (a) unterworfen worden ist, so daß für beide Adsorptionskolonnen ein Druckausgleich erfolgt, und anschließendes Aufheben der Verbindung;

(c) Herstellen einer kommunizierenden Verbindung des Auslasses der ersten Adsorptionskolonne, welche dem Schritt (b) unterworfen worden ist, mit einem ersten Ende einer Haltekolonne, welche ein Gas enthält, das infolge einer kommunizierenden Verbindung eines zweiten Endes der Haltekolonne mit wenigstens einem Auslaß der weiteren Adsorptionskolonne aufgenommen worden ist, welche den Schritten (a) und (b) ausgesetzt worden waren, so daß das Gas im Inneren der ersten Adsorptionskolonne in die Haltekolonne eintreten kann, wobei während des Eintritts des Gases von der ersten Adsorptionskolonne in die Haltekolonne das zweite Ende der Haltekolonne in kommunizierender Verbindung mit einem Auslaß einer zweiten Adsorptionskolonne aufrechterhalten worden ist, welche bereits den Schritten (a), (b) und (c) sowie auch den nachstehend beschriebenen Schritten (d) und (e) ausgesetzt war, so daß die zweite Adsorptionskolonne mit Gas gespült wird, welches aus der Haltekolonne durch das Gas verdrängt wird, welches in die Haltekolonne einströmt und bis der Durchbruch von wenigstens einer gasförmigen Verunreinigung, welche an dem Adsorptionsbett der ersten Adsorptionskolonne adsorbiert wird, in dem Gasstrom von der ersten Adsorptionskolonne aufzutreten beginnt, und wobei das Gas in der ersten Adsorptionskolonne in die zweite Adsorptionskolonne durch den Auslaß hiervon entweder mittels der Haltekolonne oder direkt eintreten kann, um die zweite Adsorptionskolonne zu spülen;

(d) Schließen eines Spülventils der zweiten Adsorptionskolonne, so daß die zweite Adsorptionskolonne und die erste Adsorptionskolonne in kommunizierender Verbindung miteinander stehen und ein Druckausgleich erfolgt, und anschließendes Aufheben der kommunizierenden Verbindung;

(e) Schließen des Auslasses der ersten Adsorptionskolonne, welche bereits dem Schritt (c) oder (d) ausgesetzt worden ist und Herabsetzen des Drucks in der ersten Adsorptionskolonne auf den niedrigsten Druckwert durch ein Spülventil, welches auf der Seite des Einlasses der ersten Adsorptionskolonne vorgesehen ist, so daß wenigstens eine gasförmige Verunreinigung, die am Adsorptionsbett der ersten Adsorptionskolonne adsorbiert worden ist, desorbiert und entfernt wird;

(f) Herstellen einer kommunizierenden Verbindung eines Auslasses einer dritten Adsorptionskolonne, welche den Schritten (a) und (b) ausgesetzt worden ist, mit dem ersten Ende der Haltekolonne, so daß das Gas im Inneren der dritten Adsorptionskolonne in die Haltekolonne eintreten kann, bis der Durchbruch wenigstens einer gasförmigen Verunreinigung, die an dem Adsorptionsbett der dritten Adsorptionskolonne adsorbiert wird, in dem Gasstrom von der dritten Adsorptionskolonne aufzutreten beginnt, wobei das in die Haltekolonne eintretende Gas gegebenenfalls einen Teil des gereinigten Gases enthalten kann, und wobei während des Eintritts des Gases von der dritten Adsorptionskolonne in die Haltekolonne das zweite Ende der Haltekolonne in kommunizierender Verbindung mit dem Auslaß der ersten Adsorptionskolonne bleibt, welche bereits dem Schritt (e) unterworfen worden ist, wodurch die erste Adsorptionskolonne mit Gas gespült wird, welches aus der Haltekolonne durch das Gas verdrängt wird, welches in die Haltekolonne einströmt, wobei der Gasstrom in der Haltekolonne gegebenenfalls einen Teil des gereinigten Gases enthält und bis der Durchbruch von wenigstens einer gasförmigen Verunreinigung, welche am Adsorptionsbett der dritten Adsorptionskolonne adsorbiert wird, im Gas aufzutreten beginnt, und wobei das Gas in der dritten Adsorptionskolonne in die erste Adsorptionskolonne über die Haltekolonne oder direkt eintreten kann, um die erste Adsorptionskolonne zu spülen;

(g) Schließen des Spülventil der ersten Adsorptionskolonne, so daß die erste Adsorptionskolonne und die dritte Adsorptionskolonne miteinander in kommunizierender Verbindung stehen und ein Druckausgleich erfolgt, und anschließendes Aufheben der kommunizierenden Verbindung;

(h) Herstellung einer kommunizierenden Verbindung des Auslasses wenigstens einer weiteren Adsorptionskolonne, welche den Schritt (a) und (b) unterworfen worden ist, mit dem Auslaß der ersten Adsorptionskolonne, welche dem Schritt (f) oder den Schritten (f) und (g) unterworfen worden ist, während sowohl ein Einlaß der wenigstens einen weiteren Adsorptionskolonne und der Einlaß der ersten Adsorptionskolonne geschlossen werden, so daß das Gas im Inneren der wenigstens einen weiteren Adsorptionskolonne in die erste Adsorptionskolonne eintreten kann, das in die erste Adsorptionskolonne eintretende Gas gegebenenfalls einen Teil des gereinigten Gases enthalten kann, um die wenigstens eine weitere Adsorptionskolonne und die erste Adsorptionskolonne wenigstens einem Druckausgleichsvorgang auszusetzen, und anschließendes Aufheben der kommunizierenden Verbindung; und

(i) Bewirken, daß ein Gas mit der gleichen Qualität wie das gereinigte Gas in die erste Adsorptionskolonne strömt, welche unmittelbar dem Schritt (h) ausgesetzt worden ist, über den Auslaß hiervon, während der Einlaß geschlossen wird, so daß der Druck der ersten Adsorptionskolonne in Ausgleich mit jenem des Gases der gleichen Qualität wie das gereinigte Gas kommt und anschließendes Schließen des Auslasses der ersten Adsorptionskolonne.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Fassungsvermögen der Haltekolonne so ausreichend bemessen ist, daß 10 bis 80% des Spülgases aufgenommen werden können.

3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Schritte (c) und (f) die höchste Konzentration der wenigstens einen gasförmigen Verunreinigung im Spülgas, welches kontinuierlich in der Haltekolonne strömt, über das Fassungsvermögen der Haltekolonne hinaus nicht größer als die Konzentration der wenigstens einen gasförmigen Verunreinigung im Spülgas ist, welches bei diesen Schritten in der Haltekolonne gehalten oder aus dieser verdrängt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Gasgemisch ein Gemisch aus Wasserstoffgas ist, und die wenigstens eine und zu entfernende gasförmige Verunreinigung und die wenigstens eine gasförmige Verunreinigung wenigstens ein Gas ist, welches aus der Gruppe gewählt ist, welche Methan, gasförmige Kohlenwasserstoff, abgesehen von Methan, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid umfaßt.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Haltekolonne eine Bypass-Leitung hat, in welcher ein Zwischenteil des Spülgases die Haltekolonne derart umgehen kann, daß die Haltekolonne ein Fassungsvermögen hat, welches nicht ausreichend ist, um das Spülgas insgesamt darin aufzunehmen.