EP0103070A2

Process and device for separating gases by adsorbents.

Abstract

In the separation and recovery of gases which are relatively strongly adsorbable on adsorbents (product gas components), especially methane or carbon dioxide, from gas mixtures which otherwise contain essentially only more lightly adsorbable gases (waste gas components), and especially carbon-containing adsorbents by means of the pressure- swing technique in adsorbers, wherein the starting gas mixture which is to be separated is passed in the adsorption phase through an adsorbent layer with adsorption of the product gas component(s) and outflow of the waste gas component(s), until just before the product gas component(s) break(s) through, the product gas component(s) is or are then desorbed by lowering the pressure and flushing and, after conclusion of the desorption, the gas pressure in the adsorber is restored by a gas mixture from the pressure-swing process for a new adsorption phase, a product gas of high purity and yield is obtained by flushing with product gas components of approximately product gas quality, at least towards the end of flushing, up to adsorption pressure, the gas initially flowing out being passed into the waste gas and the gas flowing out later, which is enriched in the product gas component(s), optionally being recycled to the pressure-swing process, whereupon the desorption phase follows in which, with expansion, especially evacuation, of the adsorber to a lower pressure, a highly enriched product gas is obtained, of which a part is returned to the pressure-swing process for flushing and the rest is recovered.

EP0103070A2, drawing sheet 1
Sheet 1 of 15

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13 claims: 8 independent, 5 dependent

  1. 1
    Verfahren zur Abtrennung und Gewinnung von relativ stark an Adsorptionsmitteln adsorbierbaren Gasen (Produktgaskomponentenl, insbesondere Methan oder Kohlendioxid, aus ansonsten im wesentlichen nur leichter adsorbierbare Gase (Abgaskomponenten) enthaltenden Gasgemischen an, insbesondere kohlenstoffhaltigen, Adsorptionsmitteln mittels Druckwechseltechnik in Adsorbern, bei dem in der Adsorptionsphase das zu trennende Ausgangsgasgemisch unter Adsorption der Produktgaskomponente(n) und Abströmen der Abgaskomponente(n) durch eine Adsorptionsmittelschicht geleitet wird, bis der Durchbruch der Produktgaskomponente(n) bevorsteht, dann die Produktgaskomponente(n) durch Druckerniedrigung und Spülen desorbiert wird (werden) und nach abgeschlossener Desorption der Gasdruck im Adsorber mit einem Gasgemisch aus dem Druckwechsel p rozeß für eine erneute A d-sorptionsphase wieder aufgebaut wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf Adsorptionsdruck mit zumindest zum Ende der Spülung etwa Produktgasqualität aufweisenden Produktgaskomponenten gespült wird, wobei das zunächst abströmende Gas ins Abgas und später abströmendes, an der (den) Produktgaskomponente(n) angereichertes Gas ggf. erneut dem Druckwechselprozeß wieder zugeführt wird, worauf sich die Desorptionsphase anschließt, in der unter Entspannen, insbesondere Evakuieren, des Adsorbers auf einen niedrigeren Druck ein hoch angereichertes Produktgas erhalten wird, von dem ein Teil zum Spülen dem Druckwechselprozeß wieder zugeführt und der Rest gewonnen wird.
  2. 2
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anteil von 10 - 90 Vol.-% des Produktgases für die Spülung verwendet wird.
  3. 3
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das, insbesondere im letzten Drittel, der Spülphase abströmende, an der (den) Produktgaskomponente(n) angereicherte Gas am Ende der Adsorptionsphase oder am Anfang der Spülphase durch die Adsorptionsmittelschicht eines anderen, parallel geschalteten Adsorbers geleitet wird.
  4. 4
    Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch qekennzeichnet, daß der Druckaufbau im Adsorber bei Ausgangsgasgemischen mit 15 (10) oder weniger Vol.-% Kohlendioxid (Methan) mit Ausgangsgasgemisch durchgeführt wird.
  5. 5
    Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptionsphase vor dem Beginn des Durchbruches der Produkt g askomponente(n) durch die Adsorptionsmittelschicht beendet wird.
  6. 6
    Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülung des Adsorbers im Gleichstrom zur Adsorption erfolgt.
  7. 7
    Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Desorption des Adsorbers von beiden Enden des Adsorbers gleichzeitig erfolgt.
  8. 8
    Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckaufbau und die Beladung des Adsorbers in der Adsorptionsphase etwa zwischen halb so lang bis doppelt so lang wie die Spülphase oder die Desorptionsphase dauern.
  9. 9
    Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vier-Adsorber-Anlage, bei der die einzelnen Adsorber (1 bis 4) phasenversetzt beladen und evakuiert werden am Eingang jedes Adsorbers (1 bis 4) mit jeweils drei Ventilen für Ausgangsgas (11, 21, 31, 41), Spülgas (13, 23, 33, 43) und angereichertes Gas (12, 22, 32, 42) sowie am Ausgang mit jeweils drei Ventilen für angereichertes Gas (15, 25, 35, 45), Abgas (14, 24, 34, 44) und Produktgas (16, 26, 26, 46) versehen sind.
  10. 10
    Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drei-Adsorber-Anlage, bei der die einzelnen Adsorber (1 bis 3) phasenversetzt beladen und evakuiert werden, am Eingang jedes Adsorbers (1 bis 3) mit jeweils zwei Ventilen für Ausgangsgas (11, 21, 31) und Spülgas (13, 23, 33) sowie am Ausgang mit jeweils drei Ventilen für angereichertes Gas (15, 25, 35), Abgas (14, 24, 34) und Produktgas (16, 26, 36) versehen sind.
  11. 11
    Anlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede Anlage in der Ausgangsgasleitung (6) mit einem Gebläse (5) und in der Produktaasleitung (10) mit einer Vakuumpumpe (17) versehen ist.
  12. 12
    Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorber (101) und (103) sowie (102) und (104) in zwei Gruppen zusammengeschaltet sind, wobei die Beladungspumpe (120) über die Ventile (115), (116), (117) und (118) mit allen vier Adsorbern verbunden ist, während einerseits die Adsorber (101) und (103) über die Ventile (105) und (106) mit der Vakuumpumpe (121) sowie letztere über das Ventil (111) mit Adsorber (102) und über das Ventil (112) mit Adsober (104) verbunden ist, und andererseits die Adsorber (102) und (104) über die Ventile (107) und (108) mit der Vakuumpumpe (122) sowie letztere über das Ventil (109) mit Adsorber (101) und über das Ventil (110) mit Adsorber (103) verbunden ist, wobei über die Ventile (113) und (114) Produktgas gewonnen wird, während das Abgas über die Rückschlagventile (123), (124), (125) und (126) in Verbindung mit Ventil (119) entweicht.
  13. 13
    Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumpumpe (121) die Adsorber (101) und (103) evakuiert und die evakuierten Gase (Spülgase) durch die Adsorber (102) und (104) drückt, während die Vakuumpumpe (122) die Adsorber (102) und (104) evakuiert und die evakuierten Gase (Spülgase) durch die Adsorber (101) und (103) drückt.
Independent claims13