DE2461759B2 - METHOD OF PURIFYING CRUDE METHANE - Google Patents
METHOD OF PURIFYING CRUDE METHANEInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von als Verunreinigungen in rohem Methan vorhandenem Wasser, Kohlendioxyd und Kohlenwasserstoffen durch adiabatische Adsorption unter wechselnden Drücken entsprechend der vorstehenden Ansprüche.The invention relates to a method for removing impurities present in crude methane Water, carbon dioxide and hydrocarbons by changing adiabatic adsorption Pressing according to the preceding claims.
In der chemischen Industrie besteht ein Bedarf an billigem Methan hoher Reinheit. Ein solches Methan wird verwendet zur Herstellung von Äthylenoxyd, Fluorkohlenwasierstoffen, Schwefelkohlenstoff und Blausäure. Bisher wurde gereinigtes Methan aus Erdgas erhalten durch ein mehrstufiges Verfahren, zu dem ein Waschen mit öl und eine anschließende Chemiesorption gehörten, beispielsweise in einem Bett aus einer Kontaktmasse aus Kupfer bei erhöhter Temperatur. Das Verfahren ist teuer und schwierig zu regeln. Infolgedessen ist die Verwendung von nach diesem Verfahren gereinigtem Methan durch seine Kosten stark beschränkt. Gereinigtes Mettian kann auch erhalten werden durch cryogene Verfahren, unter Verwendung von einer Destillationskolonne, in welcher eine an Methan reiche Fraktion des Ausgangsgases zu einem aus reinem Methan bestehenden Endprodukt raffiniert wird. Dieses letztere Verfahren kann wirtschaftlich durchgeführt werden, wenn große Mengen verarbeitet werden, und wenn andere reine Endprodukte als Methan, beispielsweise Wasserstoff oder Kohlendioxyd, gewonnen werden. Zur Gewinnung kleinerer oder mäßiger Mengen von Methan ist dieses Verfahren kostspielig und schwierig durchzuführen.There is a need in the chemical industry for cheap, high-purity methane. Such a methane is used in the production of ethylene oxide, fluorocarbons, carbon disulfide and Hydrocyanic acid. So far, purified methane has been obtained from natural gas through a multi-stage process to which a Washing with oil and a subsequent chemisorption belonged, for example, in a bed of a Contact mass made of copper at elevated temperature. The process is expensive and difficult to regulate. As a result, the use of methane purified by this process is costly severely limited. Purified mettian can also be obtained by cryogenic processes, below Use of a distillation column in which a methane-rich fraction of the starting gas is added an end product consisting of pure methane is refined. This latter method can be economical be carried out when large quantities are processed and when other pure end products be obtained as methane, for example hydrogen or carbon dioxide. For obtaining smaller ones or moderate amounts of methane, this process is costly and difficult to perform.
Es ist bekannt, Kohlenwasserstoffe durch Adsorption abzutrennen. Üblicherweise wird Erdgas so behandelt, daß das Wasser abgetrennt wird und daß die sog. kondensierbaren Bestandteile, beispielsweise Kohlen Wasserstoffe mit 3 und mehr Kohlenstoffatomen im Molekül, gewonnen werden. Aktivkohle, Kieselgel und Aluminiumoxyd sind die üblichen Adsorptionsmittel für diesen Zweck. Es handelt sich hierbei aber um ein rohes Verfahren, das nicht als Reinigung bezeichnet werden kann. Eine hohe Reinheit der Endprodukte war nicht erforderlich und es bestand kein Bedarf für die vollständige Isolierung irgendwelcher Bestandteile in einer der Fraktionen. Nach der Adsorption wird die aus kondensierbaren Bestandteilen bestehende Fraktion weiter raffiniert und aufgetrennt. Das von kondensierbaren Bestandteilen befreite Erdgas wird als Brennstoff verwendet, wobei eine genaue Regelung der Zusammensetzung nicht erforderlich ist, wenn nur die kondensierbaren Bestandteile bis unter den Taupunkt und Gefrierpunkt entfernt sind, die den Temperaturen entsprechen, bei welchen dieses Restgas verwendet wird.It is known to separate hydrocarbons by adsorption. Usually natural gas is treated in such a way that the water is separated off and that the so-called condensable components, for example coals Hydrogen with 3 or more carbon atoms in the molecule can be obtained. Activated carbon, silica gel and Aluminum oxide are the usual adsorbents for this purpose. But this is a raw one Process that cannot be called cleaning. The end products were not very pure required and there was no need to completely isolate any components in one of the factions. After adsorption, the fraction consisting of condensable components becomes further refined and separated. The natural gas freed from condensable components is used as fuel used, a precise regulation of the composition is not necessary if only the condensable components are removed to below the dew point and freezing point, which corresponds to the temperatures in which this residual gas is used.
Bei den erwähnten bekannten Adsorptionssystemen für die Behandlung von Erdgas werden wechselnde Drücke angewendet. Man verwendet üblicherweise eine geschlossene Regeneration mit einem Erhitzer /um Desorbieren der Betten bei erhöhter Temperatur. Stromabwärts von dem desorbicrenden Bett wird das Gas gekühlt, um durch Kondensation die schweren Kohlenwasserstoffe zu entfernen, worauf das Gas wieder in der Erhitzer zurückgeführt wird. Die kondensierten Kohlenwasserstoffe sind hauptsächlichIn the aforementioned known adsorption systems for the treatment of natural gas are changing Pressures applied. A closed regeneration with a heater / um is usually used Desorbing the beds at an elevated temperature. Downstream of the desorbing bed it will Gas is cooled to remove the heavy hydrocarbons by condensation, whereupon the gas is returned to the heater. The condensed hydrocarbons are main
solche mit drei und mehr Kohlenstoffatomen im Molekül, und ein großer Teil der Bestandteile mit zwei Kohlenstoffatomen im Molekül gelangt zusammen mit dem Methan in das Endprodukt.those with three or more carbon atoms in the molecule, and a large proportion of the components with two Carbon atoms in the molecule get into the end product together with the methane.
In wenigen Fällen sind Versuche gemacht worden, die Bestandteile mit zwei Kohlenstoffatomen im Molekül von dem Methan zu trennen, aber mit dem Zweck, die Bestandteile mit zwei Kohlenstoffatomen im MoL-kül zu gewinnen, nicht zur Gewinnung von gereinigtem Methan. Bei diesen Versucher, ist ein Zweistufenverfahren verwendet worden, bei welchem zunächst eine Fraktion aus Bestandteilen mit ein und zwei Kohlenstoffatomen im Molekül gewonnen wurde, die anschließend in einem zweiten Verfahrensschritt aufgetrennt wurde.In a few cases attempts have been made to obtain the To separate components with two carbon atoms in the molecule from the methane, but with the purpose that To obtain components with two carbon atoms in the MoL-kül, not to obtain purified Methane. In this trial, a two-step process was used, in which first one Fraction from components with one and two carbon atoms in the molecule was obtained, which subsequently was separated in a second process step.
Systeme für die adiabatische Adsorption unter wechselnden Drücken sind bekannt zum Auftrennen von Gasgemischen mit selektiv adsorbkrbaren Bestandteilen. Ein solches System ist in der US-PS 34 30418 beschrieben. Hiernach wird das gasförmige Endprodukt aus nicht adsorbierten oder weniger stark adsorbierten Bestandteilen unter praktisch dem gleichen Druck abgezogen, unter welchem es eingeführt ist. Nach der erwähnten US-PS sind wenigstens vier getrennte adsorbierende Betten erforderlich, die durch Leitungen parallel geschaltet sind. Jedes dieser Betten durchläuft vier verschiedene Verfahrensschritte:Systems for adiabatic adsorption under changing pressures are known for separation of gas mixtures with selectively adsorbable components. One such system is in U.S. Patent 34 30418. After this, the gaseous end product becomes unadsorbed or less strong adsorbed constituents withdrawn under practically the same pressure under which it is introduced. According to the aforementioned US-PS at least four separate adsorbent beds are required by Lines are connected in parallel. Each of these beds goes through four different process steps:
(1) Adsorption bei konstantem Zufuhrdruck.(1) Adsorption at constant feed pressure.
(2) Gewinnung des in den Zwischenräumen befn.dlichen Gases,(2) Extraction of what is located in the interstices Gas,
(3) Verwerfung der adsorbierten Bestandteile,(3) Rejection of the adsorbed components,
(4) Wiedererhöhung des Druckes.(4) Increase the pressure again.
Die Adsorption bei konstantem Z'iführungsdruck wird erreicht durch Hindurchströmenlassen des frisch eingeführten Gases durch das adsorbierende Bett und durch gleichzeitiges Abziehen des Endproduktes aus dem Bett bei praktisch dem Zuführungsdruck. Die Gewinnung des in den Zwischenräumen befindlichen Gases wird durchgeführt im Gleichstrom durch Herabsetzung des Druckes über dem Bett, wie es in der US-PS 31 76 444 beschrieben ist. Das sehr reine aus den Zwischenräumen gewonnene Gas wird verwendet für die Wiedererhöhung des Druckes in einem zweiten gespülten Bett und ebenso zum Spülen eines dritten unter erhöhtem Druck befindlichen Bettes. Das Abtrennen des Adsorbats wird durchgeführt im Gleichstrom durch Herabsetzen des Druckes über dem Bett und dann durch Spülen im Gegenstrom bei niedrigem Druck mit einem aus den Zwischenräumen gewonnenen Gases hoher Reinheit. Die Wiedererhöhung des Druckes wird durchgeführt mit einem Gas, aus welchem das Adsorbat vollständig oder fast vollständig entfernt ist. Das erforderliche Gas wird teilweise aus einem Bett gewonnen, das im Gleichstrom unter vermindertem Druck gesetzt worden ist, d. h. mit einem aus den Zwischenräumen gewonnenem Gas. und teilweise aus einem anderen Bett während der Adsorption, d. h. dem gasförmigen Endprodukt. Die vier verschiedenen Verfahrensschritte benötigen vorzugsweise die gleiche Zeitdauer. Wie schon gesagt, sind wenigstens vier Betten erforderlich, um einen kontinuierlichen Strom des eingeführten Gases und des Endproduktes zu erreichen. Das System nach der US-PS 34 40 418 erlaubt die Gewinnung der Bestandteile des Endproduktes, die sich nach der Adsorption im Bett befinden. Ein Teil dieser Bestandteile kann mitadsorbiert werden zusammen mit den vorzugsweise adsorbierten Bestandteilen des zugeführten Gases. Der Rest Adsorption at constant feed pressure is achieved by flowing the freshly introduced gas through the adsorbent bed and by simultaneously withdrawing the end product from the bed at practically the feed pressure. the Extraction of the gas located in the interstices is carried out in cocurrent Reduction of the pressure over the bed, as described in US Pat. No. 3,176,444. The very pure from the The gas obtained from the interstices is used for increasing the pressure in a second flushed bed and also for flushing a third bed under increased pressure. That Separation of the adsorbate is carried out in cocurrent by reducing the pressure above the Bed and then by countercurrent purging at low pressure with one of the interstices recovered gas of high purity. The increase in pressure is carried out with a gas from which the adsorbate is completely or almost completely removed. The required gas will partially run out recovered from a bed which has been placed under reduced pressure in cocurrent, d. H. with a gas extracted from the interstices. and partly from another bed during the Adsorption, d. H. the gaseous end product. The four different process steps preferably require the same length of time. As I said, at least four beds are required to have a continuous To achieve flow of the imported gas and the end product. The system according to the US-PS 34 40 418 allows the recovery of the constituents of the end product that are in the bed after adsorption are located. Some of these constituents can also be adsorbed together with the preferably adsorbed constituents of the supplied gas. The rest
verbleibt in der Gasphase innerhalb des Bettes, d. h. in den Zwischenräumen. Für die wirksame Verwendung des Systems nach der US-PS 34 40 418 ist es wesentlich, daß das adsorbierende Bett das im Gleichstrom zugeführte Gas zur Herabsetzung des Druckes in dem Augenblick eintritt, wenn dieses Gas aus einem anderen Bett abgezogen werden kann. Eine Verbesserung des Systems nach der US-PS 34 30 418 ist in der US-PS 35 64 816 beschrieben. Hiernach wird nach Vollendung der Adsorption unter konstantem Druck der Druck in zwei Stufen gleichgesetzt, um das Gas aus den Zwischenräumen zu gewinnen; zuerst mit einem schon teilweise unter erhöhtem Druck gesetzten Bett und dann mit einem anderen Bett, das gerade unter dem niedrigsten beim Verfahren angewendeten Druck gespült worden ist.remains in the gas phase within the bed, i.e. H. in the interstices. For effective use of the system according to US-PS 34 40 418, it is essential that the adsorbent bed in cocurrent supplied gas to reduce the pressure at the moment when this gas enters from another Bed can be pulled off. An improvement of the system according to US-PS 34 30 418 is in US-PS 35 64 816. According to this, after completion of the adsorption under constant pressure, the pressure in equated two stages in order to extract the gas from the interstices; at first with one already partially pressurized bed and then with another bed just below that has been purged at the lowest pressure applied in the process.
Wenn das Endprodukt verwendet werden soll unter Drücken, die erheblich unter dem Zuführungsdruck des Gases liegen, so kann die Gewinn ;ng des Gases aus den Zwischenräumen in drei Retten durchgeführt werden unter Verwendung eines in der US-PS 36 36 679 beschriebenen Verfahrens. Bei diesem Verfahren ztir Gewinnung des Endproduktes unter niedrigem Druck werden komprimiertes zugeführtes Gas und gasförmiges Endprodukt gleichzeitig an entgegengesetzten Enden eines vorher durchgespülten adsorbierenden Bettes eingeführt, um den Druck teilweise zu erhöhen. Darauf folgt eine weitere Erhöhung des Druckes allem mit Frischgas, worauf das Endprodukt abgezogen wird. Gleichzeitig mit der Erhöhung des Druckes durch Zuführung des Gases von beiden Seiten wird ein Teil lies von einem Bestandteil befreiten Gases abgelassen aus dem im Gleichstrom unter verminderten Druck gesetztem Bett als unter verminderten Druck gewonnenes Endprodukt. Diese Maßnahmen erlauben es, alle kritischen Verfahrensschritte durchzuführen, die erforderlich sind, um einen wirksame Auftrennung des zugeführten Gases zu erreichen, und um eine untragbare Unterbrechung und Änderungen des Druckes des eingeführten Gases und des Endproduktes zu vermeiden. If the final product is to be used at pressures well below the supply pressure of the gas, recovery of the gas from the interstices can be carried out in three tanks using a method described in US Pat. No. 3,636,679. In this process for recovering the end product under low pressure, compressed feed gas and gaseous end product are introduced simultaneously at opposite ends of a previously purged adsorbent bed in order to partially increase the pressure. This is followed by a further increase in pressure, all with fresh gas, whereupon the end product is withdrawn. Simultaneously with the increase in pressure by supplying the gas from both sides, part of the gas freed from a constituent is released from the bed, which is under reduced pressure in cocurrent, as the end product obtained under reduced pressure. These measures make it possible to carry out all critical process steps which are necessary in order to achieve an effective separation of the gas fed in and in order to avoid an intolerable interruption and changes in the pressure of the gas fed in and of the end product.
Ein anderes adiabatisches Adsorptionsverfahren unter Anwendung wechselnder Drücke, das besonders geeignet ist für die Verwendung von zwei adsorbierenden Betten, ist in der US-PS 37 38 087 beschrieben. Die Verbesserung nach diesem Verfahren besteht besonders darin, daß der Druck des eingeführten Gases in die teilweise unter niedrigerem Druck stehende Adsorptionszone höher ist, als der erwähnte zwischenzeitliche Druck. Selektiv wird der eine Bestandteil adsorbiert und gleichzeitig wird das von einem Bestandteil befreite Gas am Ablaßende der Zone abgezogen. Die Einführung des Frischgases, die Adsorption des einen Bestandteiles und das Abziehen des von einem Bestandteil befreiten Gases wird mit solchen verhältnismäßigen Geschwindigkeiten durchgeführt, daß der Druck in der Adsorptionszone von dem zwischenzeitlichen Druck während dieses Verfahrensschrittes auf einen höheren Druck am finde dieses Schrittes gebracht wird. Mit anderen Worten, während der Erhöhung ücs Druckes beim Adsorptionsschritt ist das gesamte molare Verhältnis der Geschwindigkeit der Gaseiniiihmng zu der Adsorptionszonc größer als die molare Adsorptionsgeschwindigkeit des Gases an dem Bett. Der Ausdruck »gesamte molare Zuführungsgeschwindigkeit dcv Gases« bedeutet diejenige Geschwindigkeit, bei welcher das Frischgas eingeführt wird abzüglich der Geschwindigkeit, mit welcher Gas aus dem Bett abgezogen wird.Another adiabatic adsorption process using alternating pressures, which is particularly suitable for the use of two adsorbent beds, is described in US Pat. No. 3,738,087. The improvement according to this process consists in particular in the fact that the pressure of the gas introduced into the adsorption zone, which is partially under lower pressure, is higher than the aforementioned intermediate pressure. One constituent is selectively adsorbed and at the same time the gas freed from one constituent is withdrawn at the outlet end of the zone. The introduction of the fresh gas, the adsorption of one component and the removal of the gas freed from a component are carried out at such relative speeds that the pressure in the adsorption zone is brought from the intermediate pressure during this process step to a higher pressure at this step. In other words, during the increase in pressure in the adsorption step, the total molar ratio of the rate of gas intake to the adsorption zone is greater than the molar rate of adsorption of the gas on the bed. The term "total molar feed rate dcv gas" means the rate at which the make-up gas is introduced minus the rate at which gas is withdrawn from the bed.
Der Ausdruck »molare Geschwindigkeit der Adsorption« ist die Geschwindigkeit, mit welcher Bestandteile des zugeführten Gases aus der Gasphase in die adsorbierte Phase übergeführt werden, abzüglich der Geschwindigkeit, mit welcher Bestandteile des zuge führten Gases verdrängt oder sonstwie aus der adsorbierten Phase entfernt werden. Wenn die molare Geschwindigkeit der Gaszuführung höher ist als die molare Geschwindigkeit der Gasadsorption, so steigt der Adsorptionsdruck. Das kann erreicht werden durch Drosseln des Abziehens des von einem Bestandteil befreiten Gases im Verhältnis zu der Zuführung des Frischgases. The expression "molar rate of adsorption" is the rate at which components of the supplied gas are transferred from the gas phase to the adsorbed phase, minus the rate at which components of the supplied gas are displaced or otherwise removed from the adsorbed phase. If the molar rate of gas supply is higher than the molar rate of gas adsorption, the adsorption pressure increases. This can be achieved by throttling the withdrawal of the constituent gas relative to the supply of fresh gas.
Eine Aufgabe der Erfindung ist ein verbessertes adiabatisches Adsorptionsverfahren unter wechselnden Drücken zur Gewinnung von Methan hoher Reinheit in kleinen oder mäßigen Mengen aus billigen leicht erhältlichen Ausgangsstoffen wie Erdgas. Methan hoher Reinheit bedeutet hierbei ein Methan mit einer Reinheit von wenigstens 99 Volumenprozent, das nur Spuren von Wasser, weniger als 1,0% Kohlenwasserstoffe mit zwei oder mehr Kohlenstoffatomen im Molekül und weniger ;ils 100 ppm Kohlendioxyd enthält. Der größte Teil des Stickstoffs, des Wasserstoffes und der Edelgase in dem rohen Methan ist auch in dem Endprodukt enthalten. Diese letzteren Bestandteile stören nicht die bekannten Verwendungsarten von Methan hoher Reinheit.An object of the invention is an improved adiabatic adsorption process under alternating conditions Pressures for the extraction of high purity methane in small or moderate amounts from cheap easy available raw materials such as natural gas. In this context, methane of high purity means a methane with a purity of at least 99 percent by volume, which is only traces of water, less than 1.0% hydrocarbons with two or more carbon atoms in the molecule and less than 100 ppm carbon dioxide. Most of the The nitrogen, hydrogen, and noble gases in the crude methane are also included in the final product. These latter ingredients do not interfere with the known uses of high purity methane.
Die Erfindung betrifft ein adiabatisches Verfahren unter Verwendung wechselnder Drücke zum selektiven Adsorbieren von Verunreinigungen wie Wasser, Kohlenwasserstoffe mit zwei bis fünf Kohlenstoffatomen im Molekül. Kohlendioxyd und Kohlenwasserstoffe mit sechs und mehr Kohlenstoffatomen im Molekül aus rohem Methan zur Gewinnung von gereinigtem Methan.The invention relates to an adiabatic method using alternating pressures for selective Adsorbing impurities such as water, hydrocarbons with two to five carbon atoms in the Molecule. Carbon dioxide and hydrocarbons with six or more carbon atoms in the molecule raw methane for the production of purified methane.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Verunreinigungen des Methans aus weniger ab 15 Volumenprozent Kohlenwasserstoffen mit zwei bis fünf Kohlenstoffatomen im Molekül, weniger als 5 Vol.-% Kohlendioxyd und weniger als 1 Vol.-% Kohlenwasserstoffe mit sechs und mehr Kohlenstoffatomen im Molekül sein. Erdgas ist die häufigste Quelle für Methan mit diesen Gehalten an Verunreinigungen. Im Erdgas sind die als Verunreinigungen vorhandenen Kohlenwasserstoffe hauptsächlich gesättigte Kohlenwasserstoffe wie Äthan und Propan. Gemäß dem Verfahren wird das rohe Methan unter dem höchsten Druck am Einlaßende eingeführt. Die Verunreinigungen werden selektiv adsorbiert in jeder von wenigstens zwei nacheinander betriebenen Adsorptionszonen. Das von den Verunreinigungen befreite Methan wird so aus der Adsorptionszone abgezogen, daß die Adsorptionsfront der Verunreinigungen gebildet wird in der Zone an dem Einlaßende und sich fortschreitend gegen das Auslaßende für das gereinigte Methan fortbewegt. Die Durchströmung des Gases wird beendet, wenn die Adsorptionsfront der Verunreinigungen sich zwischen dem Einlaßende und dem Auslaßende der Zone befindet. Das von Verunreinigungen befreite Methan wird dann an dem Auslaßende der Adsorptionszone abgezogen, wobei im Gleichstrom der Druck in der Adsorptionszone erniedrigt wird. Aus der unter verringertem Druck stehenden Zone v/erden die Verunreinigungen dadurch weggespült, daß ein Teil des von den Verunreinigungen befreiten Methans im Gegenstrom aus einer anderen Adsorptionszone durch das Auslaßende in die unter verringertem Druck stehende Adsorptionszone eingeführt und aus dem Einlaßende abgezogen wird, und daß die so gespülte Zone unter einem wenigstens teilweise höheren Druck gesetzt wird durch Einleiten eines anderen Teiles de; von den Verunreinigungen befreiten Methans aus einetIn the method according to the invention, the methane impurities can consist of less than 15 percent by volume of hydrocarbons with two to five carbon atoms in the molecule, less than 5 percent by volume of carbon dioxide and less than 1 percent by volume of hydrocarbons with six or more carbon atoms in the molecule. Natural gas is the most common source of methane with these levels of contaminants. In natural gas, the hydrocarbons present as impurities are mainly saturated hydrocarbons such as ethane and propane. According to the method, the crude methane is introduced under the highest pressure at the inlet end. The contaminants are selectively adsorbed in each of at least two sequentially operated adsorption zones. The contaminated methane is withdrawn from the adsorption zone such that the adsorption front of the contaminants is formed in the zone at the inlet end and progressively moves towards the outlet end for the purified methane. The gas flow ceases when the adsorption front of the contaminants is between the inlet end and the outlet end of the zone. The methane freed from impurities is then withdrawn at the outlet end of the adsorption zone, the pressure in the adsorption zone being lowered in cocurrent. The impurities are flushed away from the zone under reduced pressure by introducing part of the methane freed from the impurities in countercurrent from another adsorption zone through the outlet end into the adsorption zone under reduced pressure and withdrawing it from the inlet end, and in that the zone flushed in this way is placed under an at least partially higher pressure by introducing another part of the pressure; from the contaminants liberated methane from Ainet
s anderen Adsorptionszone vor dem Wiedereinführer von rohem Methan in diese Adsorptionszone.s another adsorption zone before the re-introduction of crude methane into this adsorption zone.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man als Adsorptionsmittel in dei Adsorptionszone Kieselgel verwendet, und daß man dieThe inventive method is characterized in that as an adsorbent in dei Adsorption zone used silica gel, and that one the
ίο selektive Adsorption bei 10 bis 660C unter eineir absoluten Druck von 6,3 bis 25,5 kp/cm2 durchführt.ίο carries out selective adsorption at 10 to 66 0 C under an absolute pressure of 6.3 to 25.5 kp / cm 2 .
Vorzugsweise wird die selektive Adsorption bei 21 bi« 38°C durchgeführt und/oder vorzugsweise wird sie unter einem absoluten Druck von 8,05 bis 16,80 kp/cm·The selective adsorption is preferably carried out at 21 to 38 ° C and / or preferably it is carried out under an absolute pressure of 8.05 to 16.80 kp / cm ·
is durchgeführt. Da das Verfahren adiabatisch ist. werder alle Verfahrensschritte praktisch bei der gleicher Temperatur durchgeführt wie die Adsorption, wobei eir leichtes Abkühlen der Zone während des Durchspülen' durch die Desorptionswärme vernachlässigt werderis done. Because the procedure is adiabatic. get all process steps carried out practically at the same temperature as the adsorption, where eir slight cooling of the zone during flushing due to the heat of desorption is neglected
ίο kann. Die im Gleichstrom erfolgende Herabsetzung de: Druckes und das Durchspülen werden bei erheblich geringeren Drücken durchgeführt, in der Regel nui etwas über dem Atmosphärendruck, /.. B. bei einen absoluten Druck von 1.75 kp/cm2.ίο can. The information to be in the DC reduction de: pressure and the purging be carried out at significantly lower pressures, usually nui slightly above atmospheric pressure, / .. B. at an absolute pressure of 1.75 kgf / cm 2.
2<i Bei dieser Beschreibung werden das während dei Adsorpiion abgezogene gereinigte Methan und da· während der nachfolgenden im Gleichstrom durchge führten Herabsetzung des Druckes abgezogene Methai als von Verunreinigungen befreites Methan bezeichne;2 <i In this description, the during dei Purified methane withdrawn by adsorption and then passed through in cocurrent during the following led depressurization designate withdrawn methane as purged methane;
ίο Beide können verwendet werden zur wenigste!:' teilweisen Herabsetzung des Druckes in der gespülte! Adsorptionszone. Bei gewissen Ausführungsformen dei Erfindung, beispielsweise bei der bevorzugten Ausfüh rungsform mit vier Zonen nach der F i g. 8, kann d.rίο Both can be used at least !: 'Partial reduction of the pressure in the flushed! Adsorption zone. In certain embodiments dei invention, for example, in the preferred exporting approximate shape with four zones according to the F i g. 8, can dr
is gereinigte Methan, das während der Adsorption un'ei konstantem Druck abgezogen wird, sehr viel wenige! Verunreinigungen enthalten, als das Gas. das in Gleichstrom zur Herabsetzung des Druckes verwende wird, beispielsweise nur 1/100 dieser Verunreinigungen.is purified methane, which is un'ei during adsorption constant pressure is withdrawn, very few! Contain impurities than the gas. this in Direct current is used to reduce the pressure, for example only 1/100 of these impurities.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann angewende werden bei beliebigen adiabatischen Verfahren uniei Verwendung wechselnder Drücke mit den obei beschriebenen Merkmalen. /. B. in Systemen mit viei Adsorptionszonen nach der US-PS 34 30418 11 ntThe method according to the invention can be used in any adiabatic method Use of alternating pressures with the features described above. /. B. in systems with viei Adsorption zones according to US-PS 34 30418 11 nt
4s 35 64 816, mit drei Adsorptionszonen nach der US-I'.1: 36 36 679 und mit zwei Adsorptions/oncn nach dei US-PS 37 38 087. Das erfindungsgemäße Verfahrer wird besonders beschrieber· und gezeigt im Zusammen hang mit diesen Systemen mit zwei, drei und vie4s 35 64 816, with three adsorption zones according to US-I '. 1 : 36 36 679 and with two adsorption units according to US Pat. No. 3,738,087. The method according to the invention is particularly described and shown in connection with these systems with two, three and much
so Adsorptionszonen. so adsorption zones.
Die nachfolgende Beschreibung macht es klar, dal durch dieses Verfahren die Aufgabe der Erfindung vollständig gelöst wird, und daß ein Methan hohe: Reinheit aus Erdgas nach einem billigen adiabatischer Verfahren unter Verwendung wechselnder Drück« gewonnen werden kann. The following description makes it clear that this process completely achieves the object of the invention and that a methane of high purity can be obtained from natural gas by an inexpensive adiabatic process using alternating pressures.
De Zeichnungen erläutern einige Ausführungsfor mender Erfindung.De drawings illustrate some embodiments of the invention.
no Verwendung von drei selektiven Adsorptionsmitteln Aktivkohle, Aluminiumoxyd und Kieselgel;no use of three selective adsorbents Activated carbon, aluminum oxide and silica gel;
F i g. 2, 3 und 4 zeigen das selbstreinigend- Verhaltei für die Verunreinigungen Kohlendioxyd und Äthan voi Aktivkohle, Aluminiumoxyd und Kieselgel;F i g. 2, 3 and 4 show the self-cleaning behavior for the impurities carbon dioxide and ethane from activated carbon, aluminum oxide and silica gel;
fts F i g. 5 zeigt die Beziehung zwischen der Reinheit de: als Endprodukt gewonnenen Methans und der Ausbeuti bei Verwendung von verschiedenen Drücken mi Kieselgel als Adsorptionsmittel:fts F i g. 5 shows the relationship between the purity of the methane obtained as the end product and the yield when using different pressures with silica gel as adsorbent:
F i g. 6 zeigt die Beziehung zwischen der Reinheit des als Endprodukt gewonnenen Methans und dem Druck über dem als Adsorptionsmittel dienenden Kieselgel bei einer konstanten Ausbeute aus dem rohen Methan;F i g. Fig. 6 shows the relationship between the purity of the final product methane and the pressure over the silica gel serving as adsorbent at a constant yield from the crude methane;
F i g. 7 zeigt ein Programm für den Umlauf und die Zeiten für die verschiedenen Verfahrensschritte bei Verwendung von vier adsorbierenden Betten aus Kieselgel in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;F i g. 7 shows a program for the circulation and the times for the various process steps in Use of four adsorbent beds made of silica gel in a preferred embodiment of FIG Invention;
F i g. 8 zeigt schemalisch ein .Strömungsdiagramm in einer Vorrichtung, die für das Verfahren nach der F i g. 7 verwendet werden kann unter Verwendung von vier idsorbierenden Betten mit Kieseigel;F i g. 8 schematically shows a flow diagram in a device which is used for the method according to FIG. 7 can be used using four idsorbing beds with pebble urchins;
F i g. 9 zeigt ein anderes Programm für die Verfahrensschritte und die Zeitdauern in einer Vorrichtung nach gekennzeichnet F i g. 8:F i g. 9 shows another program for the process steps and the time periods in a device according to FIG. 8th:
Fig. 10 zeigt schematisch ein Fließdiagramm einer Vorrichtung unter Verwendung von drei adsorbierenden Betten mit Kieselgel;Fig. 10 schematically shows a flow chart of a Device using three adsorbent beds with silica gel;
F i g. 1 1 zeigt ein geeignetes Programm für die Verfahrensschritte und die Zeitdauern in einer Vorrichtung mit drei adsorbierenden Bellen nach der F ι g. 10;F i g. FIG. 1 shows a suitable program for the method steps and the time periods in a device with three adsorbing barks according to FIG. 10;
Fig. 12 zeigt ein geeignetes Programm für die Verfahrensschritte und die Zeitdauern unter Verwendung einer Vorrichtung nach Fig. K) mit drei adsorbierenden Bei ten;Fig. 12 shows a suitable program for the method steps and the time periods using a device according to FIG. K) with three adsorbing At th;
I- ig. 13 zeigt schematisch ein Fließbild einer Vorrichtung zur Durchführung der F.rfindung unter Verwendung von zwei adsorbierenden Betten mit Kicselgel;I- ig. 13 schematically shows a flow diagram of a device to carry out the invention using two adsorbent beds with Kicselgel;
Fig. 14 zeigt ein geeignetes Programm für die Verlahrensschri'.ie und die Zeitdauern bei Verwendung einer Vorrichtung nach Fig. 13 mit zwei adsorbierenden Betten.Fig. 14 shows a suitable routine for the procedural steps and the durations of use a device according to FIG. 13 with two adsorbing Beds.
Allgemein wurde angenommen, daß Kicselgel. Aktivkohle und Aluminiumoxyd äquivalent sind bei der Gewinnung von Ciasolinfraktionen au1- F.rdgas durch thermische Adsorp;;on unter Verwendung wechselnder Drücke. Für das enindungsgemäße Verfahren ist aber handelsübliches Kieseigel. /.. B. Davidson Grade 40 der Grace Chemical Company, allein geeignet als Adsorptionsmittel. Dies ist überraschend, da seit jeher Aktivkohle und Aluminiumoxyd als Adsorptionsmittel /um Auftrennen von Erdgas und ahnlichen Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gasen verwendet wurden. Es ist ferner bekannt, daß Aktivkohle geeignet ist für die Adsorption von Kohlendiowd unter Verwendung wechselnder Drücke und für die Adsorption von Kohlenwasserstoffen aus Wasserstoff. Bei Verwendung dieses letzteren Verfahrens kann ein Wasserstoff von außergewöhnlich hoher Reinheit, mehr als 99.999%. gewonnen werden.It was generally believed that Kicselgel. Activated carbon and alumina are equivalent in the recovery of Ciasolinfraktionen au 1 - F.rdgas by thermal ;; Adsorp on using varying pressures. However, commercially available pebble urchins are used for the process according to the invention. / .. B. Davidson Grade 40 from Grace Chemical Company, useful as an adsorbent alone. This is surprising since activated carbon and aluminum oxide have always been used as adsorbents / in order to separate gases containing natural gas and similar hydrocarbons. It is also known that activated carbon is suitable for the adsorption of carbon dioxide using alternating pressures and for the adsorption of hydrocarbons from hydrogen. Using this latter method, an exceptionally high purity hydrogen, greater than 99.999%, can be obtained. be won.
Die Einzigartigkeit von Kieselgel fur die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht auf drei besonderen Eigenschaften unter adiabatischen Arbeits bedingungen unter Verwendung wechselnder Drücke. Diese Eigenschaften sind: (1) eine hohe differentiale Beladungsfähigkeit für alle Verunreinigungen, die aus dem Methan entfernt werden sollen, (2) eine gute Anreicherung des Abgases an Verunreinigungen, und (3) eine leichte Reinigung des Bettes mit einem Spülgas niedrigen Druckes. Die hohe Beladungsfähigkeit erlaubt es, ein verhältnismäßig kleines adsorbierendes Bett zu verwenden, dessen Anschaffungskosten billig sind und das nicht häufig desorbiert zu werden braucht, wodurch weniger Endprodukt verloren geht. Die Anreicherung der Verunreinigungen in dem Abgas spiegelt das Ausmaß der Abtrennung wieder, das bei diesem Verfahren erreicht werden kann, und ist wichtig, um mitThe uniqueness of silica gel for the implementation The method according to the invention is based on three special properties under adiabatic work conditions using alternating pressures. These characteristics are: (1) A high differential Loading capacity for all impurities that are to be removed from the methane, (2) a good one Enrichment of the exhaust gas in impurities, and (3) light cleaning of the bed with a purge gas low pressure. The high loading capacity allows a relatively small adsorbent bed to be added use, the cost of which is cheap and which does not need to be desorbed frequently, whereby less end product is lost. The accumulation of impurities in the exhaust reflects this Extent of severance, again, that can be achieved with this procedure, and is important to come with
möglichst geringen Verlusten an Endprodukt die Verunreinigungen zu entfernen. Die leichte Reinigung oder Desorption gestattet es, als Endprodukt ein Methan hoher Reinheit zu gewinnen unter Verwendung von nur geringen Mengen an Spülgas. Alle diese drei Eigenschaften sind wichtig zur Gewinnung eines Methans hoher Reinheit in hoher Ausbeuteto remove the impurities with as little loss of end product as possible. The easy cleaning or desorption allows a high purity methane to be obtained as the end product using from only small amounts of purge gas. All of these three qualities are important in obtaining one High purity methane in high yield
Der erste dieser charakteristischen Vorteile des Kieselgels, die hohe differentiale Beladungsfähigkeit, ist gezeigt in der Fig. 1. Diese Figur zeigt den Durchbruch der Verunreinigungen bei Aktivkohle (Kurve A) bei Aluminiumoxyd (Kurve ßj'und bei Kieselgel (Kurve C). Die Werte wurden erhalten bei Verwendung eines Bettes aus jedem Adsorptionsmittel, das vorher von allen Verunreinigungen, CO:, Kohlenwasserstoffe mit zwei und drei Kohlenstoffatomen im Molekül, gereinigt war. dann gleichmäßig auf 24 C erhitzt wurde und dann mit reinem Methan auf einen absoluten Druck von 11.5 kp/cm: gebracht war. Beim Beginn des Versuches wurde ein Gasgemisch bekannter Zusammensetzung, das die erwähnten Verunreinigungen enthielt, bei 24 C unter einem Druck von ll.Skp/cm2 hindurchgeleitet mit einer gemessenen Geschwindigkeit von 1870 1/Std Das durch das Fielt hindurchgeströmte Gas wurde in bekannten Zeitabstanden nach Beginn des Versuches analysiert.The first of these characteristic advantages of silica gel, the high differential loading capacity, is shown in FIG. 1. This figure shows the breakthrough of impurities in activated carbon (curve A) in aluminum oxide (curve β 1 'and in silica gel (curve C) were obtained using a bed of each adsorbent that had previously been cleaned of all impurities, CO :, hydrocarbons with two and three carbon atoms in the molecule, then heated uniformly to 24 C and then with pure methane to an absolute pressure of 11.5 kp / cm. was brought at the start of the experiment, a gas mixture of known composition containing the mentioned impurities was passed at 24 C under a pressure of ll.Skp / cm 2 with a measured speed of 1870 1 / hr the therethrough flowed through the fielt Gas was analyzed at known time intervals after the start of the experiment.
Bei einem solchen Versuch werden anlänglich in dem hindurchgeströmten Gas keine Verunreinigungen festgestellt, und ein gereinigtes Endprodukt wird abgezogen. Nach Bildung einer Adsorptionsfront tür jede Verunreinigung wird bei einer konstanten gemessener Zuführungsgeschwindigkeit des Frischgases die Zeit festgestellt, innerhalb welcher cine Adsorptions!rom der Verunreinigungen das Ende des Bettes erreicht Diese Zeit ergibt die Fähigkeit des Adsorptionsmittel· zum Festhalten der Verunreinigung und zur Gew innuns: eines an Verunreinigungen freien Endproduktes. In dei F i g. 1 ist die Abszisse die Zeit vom Beginn de: Adsorption, und die Ordinate gibt die Konzentration C der Verunreinigung in dem hindurchgestromten Ga' zum Zeitpunkt ; an. im Verhältnis zu der Konzentrator Co der Verunreinigung in dem zugeführten Gas. Be einem Zeitpunkt t bedeutet ein niedriger Wen für da« Verhältnis C/Q·,. daß die Adsorptionsfront für dk jeweilige Verunreinigung noch nicht durchgebrocher ist. Das bei den Versuchen nach Fi g. 1 zugefuhrte Ga! enthielt 96.5 Vol.-°/o CH4. 0.30 Vol.-1Vo C2Hn. 0.05 VoL-0A C3Hs und 2.40 Vol.-% CO2. Offensichtlich entstehen füi jede Verunreinigung drei Kurven, eine für C;Hh. eine lüi C3Hs und eine für CO2. Die F i g. 1 zeigt die Kurven nui für die erstere dieser Verunreinigungen.In such an attempt initially no impurities are found in the gas which has passed through, and a purified end product is withdrawn. After the formation of an adsorption front for each impurity, the time within which an adsorption stream of the impurities reaches the end of the bed is determined at a constant measured feed rate of the fresh gas end product free of impurities. In the fig. 1, the abscissa is the time from the start of de: adsorption, and the ordinate is the concentration C of the impurity in the passed Ga 'at the time; at. in relation to the concentrator Co of the impurity in the supplied gas. At a point in time t , a lower value for da means the ratio C / Q ·,. that the adsorption front for the respective impurity has not yet broken through. That in the experiments according to Fi g. 1 supplied Ga! contained 96.5% by volume of CH 4 . 0.30 Vol. - 1 Vo C 2 H n . 0.05 Vol- 0 A C 3 Hs and 2.40 Vol .-% CO 2 . Obviously there are three curves for each impurity, one for C; H h . one for C 3 Hs and one for CO 2 . The F i g. Fig. 1 shows the curves for the former of these impurities.
Aktivkohle nimmt die Verunreinigungen in de: Reihenfolge CO2, C2H6 und C3H8 auf. Die Kurve A ist di< Durchbruchkurve für CO2. die Konzentration in den durchgeströmten Gas erreichte nach 10 Minuten dei Wert von 0.5 für C/C6- Aluminiumoxyd hält dii Verunreinigungen fest in der Reihenfolge C2He. C3H und CO2.Activated carbon absorbs the impurities in the following order: CO 2 , C 2 H 6 and C 3 H 8 . Curve A is di <breakthrough curve for CO 2 . the concentration in the gas that had flowed through reached after 10 minutes the value of 0.5 for C / C6 aluminum oxide holds the impurities firmly in the sequence C 2 He. C 3 H and CO 2 .
Die Kurve B bezieht sich also für C2H6 und der Wer für das Verhältnis OG von 0,5 wird nach 7 Minutei erreicht. Kieselgel hält die Verunreinigungen in de Reihenfolge C2H6, CO2 und C3H8 fest. Die Kurve ( bezieht sich also auf C2H6, und der Wert für da Verhältnis C/Co von 0,5 wird nach 15 Minuten erreich! Es ist ersichtlich, daß Kieselgel die Gewinnung von wei mehr reinem Endprodukt ermöglicht, als die anderei Adsorptionsmittel, bevor ein Durchbruch einer de Verunreinigungen stattfindet.The curve B therefore relates to C 2 H6 and the value for the ratio OG of 0.5 is reached after 7 minutes. Silica gel holds the impurities in the order C 2 H 6 , CO 2 and C 3 H 8 . The curve (thus relates to C 2 H 6 , and the value for the C / Co ratio of 0.5 is reached after 15 minutes! It can be seen that silica gel enables two more pure end products to be obtained than the other adsorbents before a breakthrough of any of the impurities occurs.
ίοίο
Der beschriebene Versuch gibt die Bewegung der Atisorptionsfronten der Verunreinigungen in Betten beim Betrieb des Verfahrens nach der Erfindung nicht Wieder. Bei diesem Verfahren dürfen die Adsorptionsfronten während der Adsorption sich nur bis zu einem ■■ ftinkt in der Mitte des Bettes bewegen und dürfen nicht durchbrechen. Die gezeigten Versuchsergebnisse erläutern aber das Verhalten der drei Adsorptionsmittel Unter Betriebsbedingungen und sind daher geeignet für Vergleichszwecke. κThe experiment described shows the movement of the absorption fronts of the impurities in beds when operating the method according to the invention not again. In this process, the adsorption fronts may only move up to a ■■ Feet in the middle of the bed and are not allowed to move break through. However, the test results shown explain the behavior of the three adsorbents Under operating conditions and are therefore suitable for comparison purposes. κ
Die zweite der charakteristischen vorteilhaften (Eigenschaften von Kieselgel, die Anreicherung an Verunreinigungen, konnte gezeigt werden an identischen Betten jedes Adsorptionsmittel, durch welche Unter Drücken, die zwischen 11,5 und 3,15 kp/cm: \~ wechselten, ein Gas mit 96,5 Vol.-% CH4, 2,40 Vol.-% CO;, 0,04 VoL-0Zo N:, 0,30 VoL-% C2H0 und 0,05 VoL-0Zo CjHi hindurchgeleitet wurde. Hierbei wurden nacheinander die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt:The second characteristic of the advantageous (Properties of silica gel, the accumulation of impurities was shown at identical beds each adsorbent through which suppressing the 11.5 to 3.15 kgf / cm: exchanged \ ~, a gas with 96 , 5 vol-% CH 4 , 2.40 vol-% CO ;, 0.04 vol- 0 Zo N:, 0.30 vol-% C 2 H 0 and 0.05 vol- 0 Zo CjHi The following process steps were carried out one after the other:
VerfahretisschrittTraversing step
Druck kp/cm- Abgelaufene Zeit
in Minuten
am Ende jedes Verfahrensschrittes Pressure kp / cm- Elapsed time in minutes
at the end of each process step
(1) Adsorption 11.5 3,0(1) Adsorption 11.5 3.0
12) Herabsetzung des 11.5 bis 3.15 5.5
Druckes im Gleichstrom 12) Reduction of 11.5 to 3.15 5.5
Pressure in direct current
(3) Durchspülen im 3,15 9,5
Cegenstrom(3) flush in 3.15 9.5
Cegenstrom
(4) Wiedererhöhung 3.15 bis 11,5 11.1
des Druckes mit(4) Re-increase 3.15 to 11.5 11.1
of pressure with
Kl ethanKl ethan
Beim Beginn des Verfahrensschriues 3, sobald der Druck über dem Bett auf 3.15kp/cm: herabgesunken War und das Durchspülen begann, wurde das durch das Bett hindurchgeströmte Gas auf CO2 und C2H0 Analysiert. Der Anreicherungsfaktor £ für eine Verunreinigung wurde berechnet als Verhältnis der maxima-Ieη Konzentration dieser Verunreinigung in dem im Cegenstrom zur Herabsetzung des Druckes verwendeten Gas zu seiner Konzentration in dem zugeführten Cas. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der Tabelle I wiedergegeben.At the beginning of procedure step 3, as soon as the pressure above the bed had dropped to 3.15 kp / cm : and purging began, the gas that had passed through the bed was analyzed for CO 2 and C 2 H 0. The enrichment factor ε for an impurity was calculated as the ratio of the maximum Ieη concentration of this impurity in the gas used in the countercurrent to reduce the pressure to its concentration in the supplied Cas. The results of these tests are given in Table I.
Tabelle
FaktorTabel
factor
AdsorptionsmitleiAdsorbents
Kohle Aluminiumoxid KieselgelCarbon alumina silica gel
E. CO:
E. C:Ht,E. CO:
Real,
1.01.0
1,11.1
3,0 bis 4,0
2.03.0 to 4.0
2.0
2.52.5
1.7 bis 1.81.7 to 1.8
Diese Werte zeigen, daß an Aktivkohle praktisch keine Abtrennung von CO2 oder C2He durch Adsorption bei wechselnden Drücken erreicht wurde. Die Anreicherungsfaktoren E von oder etwa von 1.0 bedeuten, daß jede Verunreinigung in etwa der gleichen Konzentration abgegeben wurde, wie sie in dem Frischgas Eugefühn war. Das bedeutet, daß eine außergewöhnlich große Menge von dem als Endprodukt gewonnenen Methan erforderlich wäre, um die Verunreinigung aus dem Bett zu entfernen, und daher wäre die Ausbeute an Endprodukt unwirtschaftlich niedrig.These values show that practically no separation of CO 2 or C 2 He was achieved on activated carbon by adsorption at changing pressures. The enrichment factors E of or about 1.0 mean that each impurity was released in about the same concentration as it was in the fresh gas Eugefühn. This means that an unusually large amount of the final methane would be required to remove the contaminant from the bed and therefore the yield of the final product would be uneconomically low.
Im Gegensatz hierzu wurden gute Anreicherungsfak- fts loren beobachtet bei Aluminiumoxyd und Kieselgel. Die höheren Werte für Aluminiumoxyd weisen darauf hin, daß die Fähigkeit von Aluminiumoxyd zum Abgeben der V eiunreinigungen derjenigen von Kieselgel überle gen isi, bei Verwendung verhältnismäßig geringe Mengen von Spülgus. Wie aber nachstehend gezeijwird, können hohe Anreicherungsfaktoren zwar di< Entfernung der Hauptmasse der Verunrcinigungei bedeuten, sie bedeuten aber nicht, daß die Verunreini gungen vollständig entfernt weiden. Ein sorgfältige Reinigen ist wichtig, um ein Endprodukt hoher Reinhei /u gewinnen.In contrast, there were good enrichment facts Lorries observed with aluminum oxide and silica gel. The higher values for alumina indicate that the ability of aluminum oxide to give off impurities is superior to that of silica gel gen isi, when using relatively small amounts of rinsing gel. But as will be shown below, Although high enrichment factors can help remove the bulk of the contamination mean, but they don't mean that the pollutants graze completely removed. Careful cleaning is important to an end product of high purity / u win.
Die dritte vorteilhafte charakteristische Ligenschal von Kieselgel ist die leichte Selbstreinigung: sie wiirdi bei den Versuchen zur Feststellung des Anreicherungs faktors gezeigt. Eine Selbstreinigung geht hervor durcl eine stabile Adsorptionsfront der Verunreinigung, dii nicht zu dem Ablaßende fortschreitet, auch nicht be zahlreichen Wiederholungen. Wenn das Bett siel hinsichtlich einer Verunreinigung nicht selbst reiniget kann, so tritt diese Verunreinigung gegebenenfalls 11 dem hindurchgeströmten Gas auf, und bei wiederholten Arbeiten nimmt seine Konzentration in dem Endpro dukt stufenweise zu. Bei den beschriebenen Versuchet wurde die Fähigkeit zur Selbstreinigung gemessei durch Analysieren des hindurchgeströmten Gases nacl dem Verfahrensschritt 2, d. h. gerade bevor dii Entfernung der Verunreinigung begann. Solche Analy sen wurden bei mehreren Wiederholungen der Umläufi durchgeführt. Eine schrittweise Zunahme der Konzen tration der Verunreinigung bis zu einer nicht tragbare! Menge zeigte, daß eine Fähigkeit zur Selbstreinigunj nicht vorlag. Eine Abnahme der Konzentration de Verunreinigung oder ein Gleichbleiben unterhalb de maximalen tragbaren Menge zeigte, daß eine befriedi gende Selbstreinigung vorlag. Eine fortgesetzte Abnah me der Konzentration an Verunreinigung auf Mengei weit unter der erforderlichen oberen Grenze in den Endprodukt ist ein Nachweis für eine Überreinigunj und zeigt, daß die Ausbeute erhöht werden kann durti Verringerung der Menge des zum Durchspület erforderlichen Gases.The third advantageous characteristic ligament of silica gel is the easy self-cleaning: it wiirdi shown in the experiments to determine the enrichment factor. A self-cleaning comes out through a stable adsorption front of the impurity, dii does not progress to the end of the indentation, not even with numerous repetitions. When the bed fell cannot clean itself with regard to a contamination, this contamination may occur 11 the gas which has flowed through it, and with repeated work its concentration in the end product increases dukt gradually. In the tests described, the ability to clean itself was measured by analyzing the gas which has flowed through after process step 2, d. H. just before dii Removal of the contamination began. Such analyzes were carried out when the circulation was repeated several times carried out. A gradual increase in the concentration of the contamination until it is unacceptable! Lot showed that a self-cleaning ability not available. A decrease in the concentration of the impurity or a constant below it maximum portable amount showed that a satisfactory self-cleaning was present. A continued decrease me the concentration of the impurity to amounti far below the required upper limit in the The end product is evidence of overcleaning and shows that the yield can be increased Reduction in the amount of gas required for purging.
Die F i g. 2 zeigt die Ergebnisse der Versuche über dii Selbstreinigung von Kohle, die F i g. 3 die voi Aluminiumoxyd und die F i g. 4 die von Kieselgel. Dii F i g. 2 zeigt, daß ein Durchbruch dei Verunreinigungei aus dem Bett von Kohle meist sofort nach de Wiederholung beginnt, was übereinstimmt mit den oben festgestellten Anreicherungsfaktor in der NähiThe F i g. 2 shows the results of the experiments on dii Self-cleaning coal, the F i g. 3 the voi aluminum oxide and FIG. 4 those of silica gel. Dii F i g. 2 shows that a breakthrough is the impurity egg from the bed of coal usually immediately after the repetition begins, which agrees with the Enrichment factor determined above in the sewing
von Ί.Ο. Die Kurve A für CO2 verläuft glatt bei eine Konzentration des zugeführten Gases von 2,4°ö. Dii Kurve B für C2HC zeigt, daß eine Selbstreinigung für diiby Ί.Ο. The curve A for CO 2 runs smoothly at a concentration of the supplied gas of 2.4 ° ö. Dii curve B for C 2 H C shows that self-cleaning for dii
— 50 Verunreinigung erreicht wird, daß aber in den Endprodukt eine erhebliche Menge dieser Verunreini gting noch enthalten ist. Für diesen Versuch wurde da Frischgas in einer Menge von 2090 1/Std. zugeführt, unc das Verhältnis des zum Durchspülen verwendetet Gases zu dem zugeführten Gas lag bei 0.45.- 50 pollution is reached, but that in the The end product still contains a significant amount of this contaminant. For this attempt there was Fresh gas in an amount of 2090 l / h. supplied, unc the ratio of the gas used for purging to the gas supplied was 0.45.
Die Fig. 3 für Aluminiumoxyd zeigt, daß CO2 besse zurückgehalten wird (Kurve A). daß aber erheblich* Mengen von C2He in das Endprodukt gelangen (Kurv< B). Die abrupten Diskontinuitäten in den Kurvet entsprechen den Bemühungen, die Adsorptionsfronter der Verunreinigungen in dem Bett durch sehr starke: Durchspülen zurückzuführen. Die Kurve A für CO entspricht der sehr starken Durchspülung bei geringe ren Konzentrationen in dem abgezogenen Gas. Die Durchbruchsfront für C2H6 (Kurve /^erscheint aber fas sofort wieder an dir Ausflußseite des Bettes. Dei Versuch wurde begonnen mit einer Zuführung vor 990 1/Std. und einem Verhältnis von Spülgas und frischFig. 3 for aluminum oxide shows that CO 2 is better retained (curve A). but that considerable amounts of C 2 He get into the end product (curve < B). The abrupt discontinuities in the curves correspond to efforts to reverse the adsorption fronters of the contaminants in the bed by very strong purging. Curve A for CO corresponds to the very strong flushing at lower concentrations in the withdrawn gas. The breakthrough front for C 2 H 6 (curve / ^ reappears almost immediately on the outflow side of the bed. The experiment was started with a supply before 990 l / h and a ratio of purge gas and fresh
ziigeführtem Gas von 0,50. In der Endphase ties Versuches wurden nur 610 1/Std. I lischgas zugeführt, und das Verhältnis von Spülgas und Frischgas wurde aiii 0,55 erhöht, ohne daß eine zufriedenstellende Reinigung ties Adsorpiionsmiuels an dem Ausladende des Bettes > ei reicht wurde.supplied gas of 0.50. In the final ties Attempt were only 610 1 / hour. I mixed gas supplied, and the ratio of purge gas and fresh gas became aiii 0.55 increased without a satisfactory cleaning ties Adsorpiionsmiuels on the projecting end of the bed> egg was enough.
Die 1Ί g. 4 fiir Kieselgel zeigt ein ausgezeichnetes Il-it I er nc η von CO: (Kurve A) und C;Hb(Kurve B). Beim Beginn des Versuches wurde ein Verhältnis von Spülgas zu zugefuhrtem Gas von 0,59 verwendet. f£s ist klar, daßThe 1Ί g. 4 for silica gel shows an excellent Il-it I er nc η of CO: (curve A) and C; H b (curve B). At the beginning of the experiment, a ratio of purge gas to supplied gas of 0.59 was used. it is clear that
labeile 11labile 11
unter diesen Verhältnissen Kiesclgel gegenüber COj nicht selbstreinigend war. Aber die Adsorptionsfront für COj reagierte gut. wenn nach 25 Zyklen das Verhältnis auf 0.63 erhöht wurde. Die Adsorptionsfront wurde augenscheinlich zurückgetrieben und nur geringe Reste verblieben in dem Auslaßende des Bettes.under these conditions silica gel versus COj was not self-cleaning. But the adsorption front for COj responded well. if after 25 cycles the ratio was increased to 0.63. The adsorption front was apparently driven back and only small residues remained in the outlet end of the bed.
Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der Tabelle Il zusammengefaßt. Gezeigt weiden nur die stabilisierten Gehalte un Verunreinigungen in dem Endprodukt bei etwa dem Ende jedes Versuches.The results of these experiments are summarized in Table II. Only the stabilized graze are shown Levels and impurities in the final product at about the end of each run.
/uhihniMi'x Verhältnis Spul-/ uhihniMi'x ratio winding
^esi'liw inilisikeil giis/ziipcfuhries
I1Si. G;is^ esi'liw inilisikeil giis / ziipcfuhries
I 1 Si. G; is
Gehalt ;in Verunreinigungen in dem abgezogenen Gas. ppi.iContent; in impurities in the withdrawn gas. ppi.i
CC): r:llhCC): r: llh
Kohle Aluminiuüioxvd Kicseigcl Kohle .-\luminiunu>\ulCoal Aluminiuüioxvd Kicseigcl coal .- \ luminiunu> \ ul
Bei allen beschriebenen Versuchen wurde ein handelsübliches Kieselgel verwendet, das von der Davison Division der W. R. Grace Company hergestellt und vertrieben wird. Das Adsorptionsmittel ist körnig, hat eine Oberfläche von etwa 740 m2/g, einen mittleren Porendurchmesser von 22 Ä und ein Porenvolumen von 0,43Cm1Zg. Das Kieselgel hatte Teilchendurchmesser /wischen 1 4 und 3.4 mm mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 2.2 mm. Dies ist das Adsorptionsmittel, das bevorzugt bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird. Es wurde auch ein anderes Kieseigel (Davison 0.3) geprüft, das sonst mit dem beschriebenen übereinstimmte, aber Teilchendurchmesser von mehr als 2.4 mm mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 3.8 mm hatte. Die Versuchsergebnisse lassen keine endgültigen Schlüsse zu, stützen aber die Annahme, daß bei dem Verfahren eine begrenzte Übertragung von Massen stattfindet, und daß kleinere Teilchen mit Durchmessern von weniger als .5,3 mm bevorzugt sind. Die Dicke der Teilchen ist eine Dimension, welche den maximalen Diffusionspfad des Gases von der Oberfläche der Teilchen bis zu den am weitesten entfernten Poren wiedergibt. Für zylindrische oder kugelförmigen Teilchen ist dieser maximale Pfad der Radius und die Dicke entspricht dem Durchmesser. Für röhrchenförmige Teilchen ist die Dicke die Differenz zwischen dem äußeren und dem inneren Radius. Für gleichmäßige Plättchen ist es der Querschnitt und für nicht gleichmäßige Plättchen die maximale Größe des Querschnittes.A commercially available silica gel manufactured and sold by the Davison Division of WR Grace Company was used in all of the experiments described. The adsorbent is granular, has a surface area of about 740 m 2 / g, an average pore diameter of 22 Å and a pore volume of 0.43 cm 1 Zg. The silica gel had a particle diameter of between 14 and 3.4 mm with an average particle diameter of 2.2 mm . This is the adsorbent which is preferably used when carrying out the method according to the invention. Another pebble urchin (Davison 0.3) was also tested, which otherwise corresponded to the one described, but had a particle diameter of more than 2.4 mm with an average particle diameter of 3.8 mm. The experimental results are not conclusive but support the belief that limited transfer of mass occurs in the process and that smaller particles with diameters less than .5.3 mm are preferred. The thickness of the particles is a dimension which represents the maximum diffusion path of the gas from the surface of the particles to the most distant pores. For cylindrical or spherical particles this maximum path is the radius and the thickness corresponds to the diameter. For tubular particles, the thickness is the difference between the outer and inner radius. For even platelets it is the cross-section and for non-uniform platelets it is the maximum size of the cross-section.
Beide erwähnten Kieselgele haben Porositäten von 46 bis 491Vn, und werden erfindungsgemäß bevorzugt verwendet. Mit dem Ausdruck »Porosität« wird die eigentliche Porosität des Kieselgels bezeichne!: sie umfaßt nicht die Zwischenräume zwischen den Teilchen in einem Bett der Teilchen.Both silica gels mentioned have porosities of 46 to 49 1 Vn and are preferably used according to the invention. The term "porosity" denotes the actual porosity of the silica gel: it does not include the spaces between the particles in a bed of particles.
Der Druck beim Verfahren der Erfindung muß innerhalb der Grenzen von 6.3 bis 25.5 kp'cm2 gehalten werden, um eine genügende Ausbeute an Methan hoher fiOThe pressure in the process of the invention must be kept within the limits of 6.3 to 25.5 kp'cm 2 in order to obtain a sufficient yield of methane of high fiO
10001000
! 00! 00
1100
1000
20001100
1000
2000
1 1001 100
3030th
erforderlicherequired
Reinheit zu erreichen und um eine
Selbstreinigung des Bettes zu erzielen.Achieve purity and get one
To achieve self-cleaning of the bed.
Die F i g. 5 zeigt die Empfindlichkeit der Adsorption durch das Kicseigel bei hohen Drücken, beispielsweise über 22 kp/cm2. Das schraffierte Gebiet, als Kurve A bezeichnet, gibt die Änderung der Reinheit des Endproduktes in Abhängigkeit von der Ausbeute an Methan für ein spezifisches Ausgangsgas, eine spezifische Zuführungsgeschwindigkeit und einen speziiisc'nen Umfang des Bettes wieder. Die tatsächliche L.age von gegebenen Arbeitsbedingungen innerhalb des Bandes hängt ab von dem Adsorptionsdruck innerhalb u--s Bereiches von 11,5 bis 22 kp/cm2. Im allgemeine;] befinden sich niedrigere Drücke in der Nähe der unteren Grenze des Bandes, und höhere Drücke in der Nähe der oberen Grenze. Für eine gegebene Ausbeute an Methan verschiebt eine Erhöhung des Adsorptionsdurckes das Verhalten senkrecht durch das Band, bis die obere Grenze bei etwa 22 kp/cm2 erreicht ist. Eine weitere Erhöhung dieses Druckes bewirkt Bedingungen unter denen eine Selbstreinigung nicht stattfindet, unc eine große plötzliche Zunahme des Endproduktes ar Kohlenwasserstoffen mit zwei und mehr Kohlenstoff atomen im Molekül. Versuche bei Drücken von 25.5 unc 29 kp/cm2 fallen auf die Kurve B. Es sei bemerkt, daß dei Gehalt an Äthan im Endprodukt nicht stabilisiert war sondern fortlaufend bei der Feststellung der Werte zunahm.The F i g. 5 shows the sensitivity of the adsorption by the Kicseigel at high pressures, for example above 22 kp / cm 2 . The hatched area, designated curve A , shows the change in the purity of the end product as a function of the methane yield for a specific starting gas, a specific feed rate and a specific bed size. The actual position of given working conditions within the belt depends on the adsorption pressure within the u - s range of 11.5 to 22 kp / cm 2 . In general;] lower pressures are near the lower limit of the band and higher pressures are near the upper limit. For a given methane yield, increasing the adsorption pressure shifts the behavior vertically through the band until the upper limit is reached at around 22 kp / cm 2 . A further increase in this pressure causes conditions under which self-cleaning does not take place, and a large sudden increase in the end product ar hydrocarbons with two or more carbon atoms in the molecule. Tests at pressures of 25.5 and 29 kp / cm 2 fall on curve B. It should be noted that the ethane content in the end product was not stabilized but increased continuously as the values were determined.
Die Werte für die Fig. 5 wurden erhalten be Temperaturen innerhalb des bevorzugten Bereiche von 21 bis 38°C. Das Arbeiten bei höheren Temperatu ren von 38 bis 66°C erleichtert die Reinigung des Bette und das Durchspülen mit Gas. Bei einem gegebenei Wert für die Ausbeute an Methan findet der Übergan] von der Reinigung zu der Nichtreinigung bei erheblicl höheren Drücken statt, als bei 22 kp/cm2, wie die F i g. es zeigt. Das Ausmaß der Druckerhöhung durc: Anwendung höherer Temperaturen ist aber begrenz wie später erklärt werden wird, weil bei TemperatureThe values for Figure 5 were obtained at temperatures within the preferred range of 21 to 38 ° C. Working at higher temperatures of 38 to 66 ° C makes it easier to clean the bed and flush it with gas. At a given value for the methane yield, the transition from purification to non-purification takes place at significantly higher pressures than at 22 kp / cm 2 , as shown in FIG. it shows. The extent of the pressure increase due to the use of higher temperatures is limited, as will be explained later, because at temperature
über 38°C andere Umstände größere Verluste an Endprodukt mit s:;h bringen. Auch wenn höhere Temperaturen zur Reinigung beitragen, sollten die Drücke 25,5 kp/cm2 nicht übersteigen, weil sonst die Ausbeute ernsthaft beeinträchtigt wird. above 38 ° C other circumstances result in greater losses of the end product with s:; h. Even if higher temperatures contribute to cleaning, the pressures should not exceed 25.5 kp / cm 2 , otherwise the yield is seriously impaired.
Bei einer gegebenen Ausbeute an Methan wird bei Herabsetzung des Durckes unter 22 kp/cm2 ein Endpro dukt größerer Reinheit gewonnen, das weniger Kohlenwasserstoffe mit zwei oder mehr Kohlenstoffatomen im Molekül enthält. Wenn aber der Adsorptionsdruck im Vergleich zu dem Durchspüldruck verringert wird, so nimmt auch das Differential der Beladung des Adsorptionsmittels ab und der Umfang des Bettes muß vergrößert werden oder die Zeit für einen Zyklus muß verkürzt werden. Dadurch entstehen größere Verluste an Endprodukt durch Ausblasen und Durchspülen, und die Ausbeute an Methan wird verringert. Wenn die Ausbeute konstant gehalten wird, so fehlt das Gas zum Durchspülen und die Reinheit des Endproduktes wird verschlechtert. Die F i g. 6 zeigt, daß bei niedrigeren Adsorptionsdrücken bei einer konstanten Ausbeute der Gehalt des Endproduktes an Kohlenwasserstoffen mit /.wei oder mehr Kohlenstoffatomen im Molekül zunimmt, ebenso wie der Gehalt an Verunreinigungen bei hohen Drücken zunimmt. Es ist klar, daß der Adsorptionsdurck über 6,3, vorzugsweise über 8.05 kp/cm2 liegen muß. um den Gehalt des als Endprodukt anfallenden Methans an Verunreinigungen niedrig zu halten.For a given methane yield, when the pressure is reduced below 22 kp / cm 2, an end product of greater purity is obtained that contains fewer hydrocarbons with two or more carbon atoms in the molecule . If, however, the adsorption pressure is reduced compared to the Durchspüldruck, so the differential of the loading of the adsorbent and decreases the extent of the bed must be increased or the time for one cycle must be shortened. This results in greater losses of end product through purging and purging, and the methane yield is reduced. If the yield is kept constant, the gas to purge through is absent and the purity of the end product is deteriorated. The F i g. 6 shows that at lower adsorption pressures with a constant yield, the content of the end product of hydrocarbons with two or more carbon atoms in the molecule increases, just as the content of impurities increases at high pressures. It is clear that the adsorption pressure must be above 6.3, preferably above 8.05 kp / cm 2. in order to keep the level of impurities in the methane produced as an end product low.
Die Fig. 5 und 6 bezichen sich auf gegebene Arbeitsbedingungen, beispielsweise auf die Zusammensetzung des eingeführten Gases, auf die Zuführungsgeschwindigkeit, die Abmessungen des Bettes und die Temperatur. Andere Arbeitsbedingungen erzeugen ihr eigenes charakteristisches Band für einen zufriedenstellenden Betrieb nach Fig. 5, und dieses Band fällt nicht notwendigerweise zusammen mit dem schraffierten Gebiet in F i g. 5. Trotzdem gelten die oberen und unteren Grenzen für die Drücke bei einem gegebenen Wert für die Ausbeute an Methan, und diese Grenzen entsprechen einem verschiedenen Bereich von Verunreinigungen aus Kohlenwasserstoffen mit zwei oder mehr Kohlenstoffatomen im Molekül in dem Endprodukt. FIGS. 5 and 6 relate to given working conditions, for example to the composition of the introduced gas, the feed rate, the dimensions of the bed and the Temperature. Other working conditions produce their own characteristic band for a satisfactory one Operation of Fig. 5, and this band does not necessarily coincide with the hatched one Area in Fig. 5. Even so, the upper and lower limits apply to the pressures at a given one Value for the yield of methane, and these limits correspond to a different range of impurities from hydrocarbons with two or more carbon atoms in the molecule in the final product.
Da die Kurven der F i g. 5 und 6 sich senkrecht verschieben können bei Änderung der Arbeitsbedingungen, sind keine Werte für die Ordinate in der F i g. 6 angegeben. Wenn die Arbeitsbedingungen denen nach der Fig. 5 entsprechen, so liegt der untere Punkt der Kurve bei etwa 100 ppm an Verunreinigungen mit Kohlenwasserstoffen mit zwei und mehr Kohlenstoffatomen im Molekül.Since the curves of FIG. 5 and 6 can move vertically when the working conditions change, are not values for the ordinate in FIG. 6 specified. If the working conditions are like that correspond to FIG. 5, the lower point of the curve is at about 100 ppm of impurities Hydrocarbons with two or more carbon atoms in the molecule.
Der Druck, bei welchem die adsorbierten Bestandteile aus den adsorbierenden Betten ausgetrieben werden, sollte zwischen 1,1 und 3,9, vorzugsweise zwischen 1,6 und 2,1 kp/em2 liegen. Spüldrücke unter 1,1 kp/cm2 sind unerwünscht, um zu lange Leitungen und Ventile zu vermeiden und um den Gebrauch von VakuumpumpenThe pressure at which the adsorbed constituents are expelled from the adsorbent beds should be between 1.1 and 3.9, preferably between 1.6 and 2.1 kp / em 2 . Flushing pressures below 1.1 kp / cm 2 are undesirable in order to avoid lines and valves that are too long and to avoid the use of vacuum pumps
zum Abziehen des Abgases unnötig zu machen Ein niedriger, etwas über dem atmosphärischen Druck liegender Druck ist am besten geeignet für Ausführungsformen, bei denen das Abgas verworfen wird. Das Abgas hat indessen üblicherweise einen Wert entweder als Brennstoff oder als Ausgangsstoff für die Gewinnung von Kohlenwasserstoffen mit zwei Kohlenstoffatomen im Molekül. Daher ist ein etwa über dem Atmosphärischen liegender Druck erwünscht, um das Gas der Verbrauchsstelle zuzuführen. Ein Druck des Abgases in der Nähe der unteren Grenze des bevorzugten Bereiches bedeutet in der Regel, daß das Gas leicht komprimiert werden muß, bevor es anschließend verwendet wird. Um einen gleichmäßigen Strom zu sichern und einen gleichmäßigen Druck des Kompressors zu erhalten, ist ein Windkessel erwünscht. Ein Druckabfall von etwa 0,35 kp/cm2 durch den Windkessel genügt in der Regel. Bei einem Spüldruck von 1,6 ko/crn2 und einem Druckabfall von 0.35 kp/cm2 durch den Windkessel genügt ein positiver Ansaugdruck von 0,21 kD/crn2 für den Kompressor. Drücke des Abgases in der Nähe der oberen Grenze des bevorzugten Bereiches genügen häufig zur Führung des Gases als Heizstoff oder eine andere Verwendung ohne Kompression. to make exhaust gas evacuation unnecessary. A low pressure slightly above atmospheric pressure is best suited for embodiments in which the exhaust gas is discarded. The exhaust gas , however, usually has a value either as a fuel or as a raw material for the production of hydrocarbons with two carbon atoms in the molecule. A pressure approximately above atmospheric is therefore desirable in order to supply the gas to the point of consumption. A pressure of the exhaust gas near the lower limit of the preferred range usually means that the gas must be compressed slightly before it is subsequently used. In order to ensure an even flow and to maintain an even pressure of the compressor, an air chamber is desirable. A pressure drop of around 0.35 kp / cm 2 through the air chamber is usually sufficient. In a fluid pressure of 1.6 ko / crn 2 and a pressure drop 0.35 kg / cm 2 through the air chamber is sufficient positive suction pressure of 0.21 kD / crn 2 for the compressor. Exhaust gas pressures in the vicinity of the upper limit of the preferred range are often sufficient to conduct the gas as heating fuel or some other non-compression use.
Der Spüldruck sollte 3 9 kp/cm2 nicht übersteigen, um ein genügendes Verhältnis der Drücke für die Adsorption und die Desorption zu erreichen, um hohe differenzielle Beladungen des Bettes zu ermöglichen und um das Bett mit mäßigen Mengen von Spülgas gut zu reinigen. Vorzugsweise sollte der Spüldruck timer 2,1 kp/cm2 liegen. Einer der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Drücke für die Adsorption und das Spülen in verhältnismäßig niedrigen Bereichen liegen, verglichen mit den Drücken, die üblicherweise bei der Aufarbeitung von Kohlenwasserstoffen durch Adsorption verwendet werden.The purging pressure should not exceed 39 kp / cm 2 in order to achieve a sufficient ratio of the pressures for adsorption and desorption to enable high differential loadings of the bed and to clean the bed well with moderate amounts of purging gas. The flushing pressure timer should preferably be 2.1 kp / cm 2 . One of the advantages of the process according to the invention is that the pressures for adsorption and purging are in relatively low ranges compared to the pressures which are usually used in the work-up of hydrocarbons by adsorption.
Die Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber der Temperatur von im allgemeinen 10 bis 66"C. vorzugsweise 21 bis 38: C wurde durch Versuche in einer Anlage mit vier Betten unter wechselnden Drücken gezeigt. Bei einem Adsorptionsdruck von 20 bis 22 kp/cm2 und einem minieren Spüldruck von 2,2 kp/cm2 wurde cm Gas verarbeitet, das 1,0 Mol-% N2,91,5 Mol-% CIl4. \0 MoI-1Vn C:l !„. 1.4 Mol-% (JjHs und 1,0 Mol-"/n an Kohlenwasserstoffen mit vier und mehr Kohlenstoffatomen im Molekül enthielt. Bei einem fünfstufigen Verfahren wurden /wei Zyklen verwendet, wie die F i g. 7 es in der US-PS 35 64 816 zeigt. Jedes Bett der Adsorptionsmittel hatte einen Durchmesser von 16,2 cm, eine Länge von 366 cm und enthielt 75 Liter eines körnigen Kiesclgcls mit Teilchendurchmessern zwischen 1,4 und 3,4 mm, einer mittleren Schüttdichte von 0,75 g/cm3, einem mittleren Porendurc'nmesser von 22 A und einer mittleren Oberfläche von 740 m2/g. Die Tabelle III zeigt die Ergebnisse dieser Versuche.The sensitivity of the process according to the invention to the temperature of generally 10 to 66 "C. Preferably 21 to 38 : C has been shown by tests in a plant with four beds under alternating pressures. At an adsorption pressure of 20 to 22 kp / cm 2 and one Minimize the flushing pressure of 2.2 kp / cm 2 , cm gas was processed, the 1.0 mol% N 2 , 91.5 mol% Cl 4. \ 0 MoI- 1 Vn C : 1! ". 1.4 mol% (JjHs and 1.0 mole - "/ n of hydrocarbons with four or more carbon atoms in the molecule. A five-step process used four-times cycles, as shown in FIG. 7 in US Pat. No. 3,564,816. Each bed of adsorbent had a diameter of 16.2 cm, a length of 366 cm and contained 75 liters of a granular gravel with particle diameters between 1.4 and 3.4 mm, an average bulk density of 0.75 g / cm 3 , a mean pore diameter of 22 Å and a mean surface area of 740 m 2 / g. Table III shows the results of this r attempts.
Test-Periode ITest period I.
mittlere Werte Ihm einem Tesi mim K)SuJ.average values him a Tesi mim K) SuJ.
/ami
Si/ ami
Si
Wertvalue
Wim iWim i
Sl.Sl.
/c/ c
SiSi
WtM !WtM!
Ausbeute an (I Ι·ι, "■'<>
MMtiere I emner;iliir. (Yield of (I Ι · ι, "■ '<>
MMiere I emner; iliir. (
4 14 1
ForlsetzungContinuation
Faktorfactor
mittlere Werte bei einem Test von lOStd.average values in a test of lOStd.
Zeit St.Time St.
Wertvalue
Zeit St.Time St.
Wertvalue
Zeit St.Time St.
Wertvalue
Gehalt des Endproduktes an Kohlenwasserstoffen mit zwei und mehr
Kohlenstoffatomen im Molekül, ppmContent of the end product of hydrocarbons with two or more
Carbon atoms in the molecule, ppm
7474
Die ständig zunehmenden Gehalte an Verunreinigungen aus Kohlenwasserstoffen mit zwei oder mehr Kohlenstoffatomen im Molekül in dem Endprodukt in den Testperioden 2, 3 und 4, während dtrer unterhalb der unteren Grenze von 1O0C gearbeitet wurde, sind ein Hinweis auf eine fehlende Selbstreinigung mit einem Fortschreiten der Adsorptionsfronten bis zum Auslaßende des Bettes. Kurz vor den Testperioden 2 und 4 wurden die Auslaßenden der Betten sorgfältig gereinigt durch mehrstündiges Spülen mit 100% des hierfür verwendeten Endproduktes. Dadurch sind die niedrigen Werte für diese Verunreinigungen beim Zeitpunkt Null zu erklären.The ever-increasing levels of impurities from hydrocarbons having two or more carbon atoms in the molecule in the final product in the test periods 2, 3 and 4, while dtrer was carried out below the lower limit of 1O 0 C, are an indication of a lack of self-cleaning with a progression the adsorption fronts to the outlet end of the bed. Shortly before test periods 2 and 4, the outlet ends of the beds were carefully cleaned by rinsing for several hours with 100% of the end product used for this purpose. This explains the low values for these impurities at time zero.
In anderen Testperioden wurden die gleiche Versuchsanlage betrieben bei der Zuführung des gleichen Ausgangsstoffes unter einem Adsorptionsdruck von 11 kp/cm2, einem Spüldruck von 1,5 kp/cm2 und bei einer Asubeute an Methan von 44 bis 46%. Diese Period·: erstreckte sich über 24 Stunden, während welcher die Tsmperatur des zugeführten Gases von 18rC auf 5,5rC sank und dann wieder auf 17°C anstieg. Während dieser Testperiode wurden die nachstehenden Temperaturen und Reinheiten des Endproduktes beobachtet.In other test periods, the same test plant was operated with the same starting material being fed in under an adsorption pressure of 11 kp / cm 2 , a flushing pressure of 1.5 kp / cm 2 and with an aso yield of methane of 44 to 46%. This Period ·: extended over 24 hours, during which the decreased Tsmperatur of the supplied gas of 18 C r to 5.5 r C, and then increased again to 17 ° C. During this test period the following temperatures and purities of the final product were observed.
Temperatur. CTemperature. C.
18
5.518th
5.5
1010
1717th
Älhan im Endprodukt (ppm)Älhan in the end product (ppm)
69
227
176
11669
227
176
116
In einer anderen Testperiode wurde die gleiche Versuchsanlage betrieben mit dem gleichen Frischgas bei einem Adsorptionsdruck von 15 kp/cm2 mit einer Methanausbeute von 46%. Diese Periode erstreckte sich über 6 Stunden, während welcher die Temperatur des Frischgases von 21 auf über 32 C stieg. Die nachstehenden Temperaturen und Gehalte des Endproduktes an Verunreinigungen wurden beobachtet;In another test period, the same test facility was operated with the same fresh gas at an adsorption pressure of 15 kp / cm 2 with a methane yield of 46%. This period extended over 6 hours, during which the temperature of the fresh gas rose from 21 to over 32 C. The following temperatures and levels of impurities in the end product were observed;
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155I tidproiliiki "i ;; one !! - v.'iniL'ui! S.'v'ii reu ι inside <34
113
142
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155
3
5.53
5.5
131
228 363 482131
228 363 482
0.9 2,3 2,80.9 2.3 2.8
4.84.8
<66<66
162162
192192
247247
wird, wenn bei Temperaturen über 10"C. vorzugsweise über 2TC gearbeitet wird. Wenn indessen die Temperaturen über 38CC gesteigert werden, verbessert sich das Verhalten nicht mehr, sondern beginnt sich zu verschlechtern. Es wäre zu erwarten, daß die Beladungsfähigkeit der Adsorptionsmittel bei höheren Temperaturen abnimmt, aber das würde nicht die Ausbeute an Methan nachteilig beeinflussen. Trotzdem nimmt die Ausbeute an Methan bei höheren Temperaturen über 38° C zunehmend ab. so daß die Erfindung bei Temperaturen von etwa 66° C nicht mehr erfolgreich angewendet werden kann. Das beruht in erster Linie darauf, daß die Differenz für die Beladungsfähigkeit mit Verunreinigungen zwischen der Adsorption und der Desorption bei hohen Temperaturen geringer ist. und daß daher eine größere Menge von Adsorptionsmitteln gebraucht wird, um eine gegebene Menge des Endproduktes abzutrennen. Entsprechend ist es notwendig, die Abmessungen des Bettes zu vergrößern und die Verluste an Endprodukt bei der Herabsetzung des Druckes im Gegenstrom werden höher. Wahrscheinlich nimmt auch die Selektivität des Kieselgels für Kohlenwasserstoffe mit zwei und mehr Kohlenstoffatomen im Molekül bei höheren Temperaturen ab, d. h. die adsorbierte Phase wird verhältnismäßig reicher an Methan mit dem Ergebnis, daß bei der Herabsetzung des Druckes im Gegenstrom und beim Durchspülen mehr Endprodukt verloren geht.when working at temperatures above 10 "C., preferably above 2TC. If, however, the temperatures are increased above 38 C. , the behavior no longer improves, but begins to deteriorate. It would be expected that the loading capacity of the adsorbent decreases at higher temperatures, but that would not adversely affect the yield of methane. Nevertheless, the yield of methane decreases increasingly at higher temperatures above 38 ° C. so that the invention can no longer be used successfully at temperatures of about 66 ° C. This is primarily because the difference in impurity loading capacity between adsorption and desorption is smaller at high temperatures, and therefore a larger amount of adsorbent is needed to separate a given amount of the end product to increase the size of the bed and reduce the loss of end product Reduction of the pressure in the countercurrent will be higher. The selectivity of the silica gel for hydrocarbons with two or more carbon atoms in the molecule probably also decreases at higher temperatures, i.e. the adsorbed phase becomes relatively richer in methane with the result that more end product is lost when the pressure is reduced in countercurrent and when flushing.
Die allgemeine Wirkung der Temperatur auf das Verhalten bei diesem Verfahren entspricht dem des Druckes. Das geht aus einer Gegenüberstellung entsprechend Fig. 6 hervor, wenn die Abszisse die Temperatur anzeigt. Bei einer gegebenen Ausbeute ändert sich die Reinheit mit der Temperatur, und ein minimaler Gehalt an Verunreinigungen wird erzielt bei Temperaturen zwischen 10 und 38°C.The general effect of temperature on behavior in this process is the same as that of the Pressure. This can be seen from a comparison according to FIG. 6, when the abscissa the Temperature. For a given yield, the purity changes with temperature, and a The minimum content of impurities is achieved at temperatures between 10 and 38 ° C.
Man sieht hieraus, daß höhere Temperaturen und höhere Drücke beide sich vorteilhaft und nachteilig auf das Verhalten auswirken, aber in umgekehrten Richtungen. Höhere Temperaturen verbessern die Selbstreinigung und verringern die Beladungsfähigkeit des Adsorptionsmittels, während höhere Drücke die Beladungsfähigkeit des Adsorptionsmittels erhöhen, ;<ber die Selbstreinigung erschweren. Die schädlichen Wn klingen der Erhöhung entweder der Temperatur oder des Druckes gleichen sich aus durch die günstigen Wirkungen bei Erhöhung des einen Unistamies oder des anderen, so daß höhere Werte des einen iaktors am besten angewendet werden mn hohen Werten des anderen Faktors. Wenn im Gegensatz »ta,πι bet dem erlindung.sgemäßen YcI.ihren verhältnismäßig niedn ge Temperaturen oder ί >nieke angewendet werden, so sollte auch de ι andere i-.iktor \ or/ngsweiH· η iod nc <-em aber innerhall· de*, angesehene1) Hvreu Iu* netUMIt can be seen from this that higher temperatures and higher pressures both have beneficial and detrimental effects on performance, but in opposite directions. Higher temperatures improve self-cleaning and reduce the loading capacity of the adsorbent, while higher pressures increase the loading capacity of the adsorbent, making self-cleaning more difficult. The detrimental effects of increasing either the temperature or the pressure cancel each other out by the beneficial effects of increasing one unistamy or the other, so that higher values of one factor are best applied with high values of the other factor. If, on the contrary, “ta, πι bet the invention-appropriate YcI. Their relatively low temperatures or ί> low temperatures, then the ι other i-ictor \ or / ngsweiH · η iod nc <-em but inside de *, respected 1 ) Hvreu Iu * netUM
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise durchgeführt in einem System mit vier Betten zur Adsorption bei wechselnden Drücken, wie die F i g. 8 es leigt. Hierbei werden im Zyklus diejenigen Verfahrens-Stufen für die Adsorption und die Desorption in dem System mit den vier Betten angewendet, wie die F i g. 7 es zeigt. In dem System mit vier Betten und dem Zyklus werden drei Verfahrensstufen der Druckerniedrigung im Gleichstrom angewendet, wobei zwei von ihnen verbunden sind mit der Druckerhöhung in anderen Betten und ein anderer verbunden ist mit dem Durchspülen eines anderen Bettes.The inventive method is preferably carried out in a system with four beds for Adsorption at changing pressures, as shown in FIG. 8 it doesn't matter. Here, those process stages for adsorption and desorption are in the cycle The four-bed system applied as shown in FIG. 7 it shows. In the four bed system and the cycle three process steps of co-current pressure reduction are used, two of them are associated with the pressure increase in other beds and another is associated with the Flushing another bed.
Die Fig. 7 und 8 zeigen das bevorzugte System und seinen Betrieb. Vier Betten mit Silicagel (A—D) sind parallel angeordnet zwischen einer Sammelleitung 10 für des zugeführte Gas und einer Sammelleitung ίΐ für das Endprodukt. Die Zuführung und das Abführen des Cases von den Betten werden geregelt durch die Automatischen Ventiie ΙΛ-Dund 2,4-D. Der Ausgleich ier hohen Druckunterschiede wird erleichtert durch die Verbindungsleitungen 15 und 16 mit den automatischen Ventilen 4.4ß und 4CD. Die Druckerniedrigung zum Spülen mit Gleichstrom wird bewirkt durch die Sammelleitungen 17 und 18 mit den automatischen Ventilen 5/l-ßund 5C-Dzusammen mit den gekreuzten Leitungen 20 mit dem Handventil 22. Der Ausgleich der niedrigen Druckunterschiede geschieht durch die Verbindungsleitung 21 mit dem automatischen Ventil |9, die auch die Sammelleitungen 17 und 18 verbindet. Der Gasstrom von den Betten zu der Verteilungsleitung 12 für das Abgas wird geregelt durch die automatischen Ventile 3A-D. Das Endprodukt für die Wiederherstellung des Druckes in den Betten strömt durch die Leitung )7 mit den Regelventilen 23 und 28, dann durch die Sammelleitung 29 für die Wiederherstellung des Druckes mit den Kontrollventilen 30 und 31 und tchheßlich durch eine der Sammelleitungen 32 und 33 ■nit den automatischen Ventilen 6/4-ßund 6C-D. Figures 7 and 8 show the preferred system and its operation. Four beds of silica gel ( AD) are arranged in parallel between a manifold 10 for the gas supplied and a manifold ίΐ for the end product. The feeding and removal of the case from the beds are regulated by the automatic valves ΙΛ-D and 2,4-D. The equalization of high pressure differences is facilitated by the connection lines 15 and 16 with the automatic valves 4.4ß and 4CD. The pressure reduction for flushing with direct current is brought about by the collecting lines 17 and 18 with the automatic valves 5/1-ß and 5C-D together with the crossed lines 20 with the manual valve 22. The compensation of the low pressure differences occurs through the connecting line 21 with the automatic valve | 9, which also connects the collecting lines 17 and 18. The flow of gas from the beds to the exhaust gas distribution line 12 is regulated by the automatic valves 3A-D. The end product for restoring the pressure in the beds flows through line 7 with control valves 23 and 28, then through manifold 29 for restoring pressure with control valves 30 and 31 and actually through one of manifolds 32 and 33 the automatic valves 6/4-ß and 6C-D.
Der ganze Zyklus wird hier für das Bett A geschrieben, und ist typisch für alle Betten. Die Drücke lind Zeiten sind nur beispielsweise genannt. Es wird Imgenommen, daß das Bett A unter Druck steht und daß •He mit ihm verbundenen Ventile ursprünglich geschlos- $en sind. Die Ventile 1-4 und 2A werden geöffnet und ein Frischgas unter einem Druck von 11 kp/cm2 und den lonst oben beschriebenen Bedingungen strömt aus der Sammelleitung 10 in das Bett, während das Endprodukt »us dem Bett in die Sammelleitung U strömt. Die Strömung wird unter konstantem Druck 5 Minuten fortgesetzt. Jetzt werden die Ventile 1-4 und 2Λ geschlossen und das Ventil 4/4ß geöffnet, wobei eine Strömung zwischen dem Bett A und dem Bett B ♦ntsteht, welches letztere unter teilweise erhöhten Druck gesetzt worden ist und ursprünglich unter einem Druck von 2,1 kp/cm2 stand. Der Druck in beiden Betten »vird ausgeglichen bei 6,8 kp/cm2 in 0,75 Minuten. Dann Ivird das Ventil 4ABgeschlossen und die Ventile 5A,5C, iC und 26 geöffnet, um eine Gasströmung /wischen dem Heu 4 und dem Bett (durch die Sammelleitung 20 zu ermöglichen. Im Bett C" hat gerade ein Ausblasen im (iegenstnim stattgefunden und es wird nun durchgespült von dem das aus dem Bett .4. dessen Drink durch das Ventil 22 ,ml etwa I.h kp/cm-' gedrosselt wird. Das Durchspülen wird 3.5 Minuten lortgeset/t. wobei der Druck im Beil .4 au! _r~? kp-cnv' sinkt. Der finddruck wird eingestellt durch einen Dmckschalter PS-C. welcher das Ventil JC schließt und das Ventil 19 öffnet. Die Sfomuiiü aus dein Bett 4 /um Bett ( set/l sich fort. The whole cycle is written here for bed A , and is typical for all beds. The pressures and times are only given as examples. It is assumed that bed A is pressurized and that the valves associated with it are originally closed. The valves 1-4 and 2A are opened and a fresh gas at a pressure of 11 kp / cm 2 and the conditions described above flows from the manifold 10 into the bed, while the end product flows from the bed into the manifold U. The flow is continued under constant pressure for 5 minutes. Now the valves 1-4 and 2Λ are closed and the valve 4 / 4ß opened, whereby a flow between the bed A and the bed B ♦ nt is, which the latter has been put under partially increased pressure and originally under a pressure of 2.1 kp / cm 2 stand. The pressure in both beds is equalized at 6.8 kgf / cm 2 in 0.75 minutes. Then valve 4AB is closed and valves 5A, 5C, iC and 26 are opened to allow gas flow between the hay 4 and the bed (through manifold 20. In bed C "a blow has just taken place in the (and it is now flushed through by the one from the bed .4. whose drink is throttled through the valve 22 , ml about 1h kp / cm- '. The flushing is set for 3.5 minutes, whereby the pressure in the hatchet .4 is reduced ~? kp-cnv 'sinks. The pressure is set by a pressure switch PS-C. which closes valve JC and opens valve 19. The sfomuiiü from your bed 4 / around bed ( set / l continues.
Der Auslaß aus dem Bett C ist aber geschlossen, 30 daß sich ein gemeinsamer Druck von 2,1 kp/cm2 in 0,75 Minuten einstellt. Die Ventile 5.4,5C, 19 und 26 werden geschlossen und das Ventil 3Λ wird geöffnet, so daß der überschüssige Druck im Bett .4 im Geger.strom durch die Sammelleitung 12 für das Abgas abgelassen wird. Der Enddruck von 1,6 kp/cm2 wird eingestellt durch ein nicht abgebildetes Regelventil stromabwärts in der Leitung 12 für das Abgas, aus welchem das Gas zu seiner Verbrennungsstelle gelangt. Das Ventil 26 ist eher ein Widerstandsventil als ein Abschlußventil. Wenn es geschlossen ist, wird die Strömung in dem Bett A gedrosselt. Eine Herabsetzung des Druckes im Gegenstrom ist vollendet in 0,75 Minuten, worauf die Ventile 26, 5-4 und 5D geöffnet werden. Dadurch strömt das Spülgas aus dem Bett D durch die Sammelleitung 20 zu dem Bett .4 bei einem Druck von etwa 1,6 kp/cm-'. und dann durch die Sammelleitung 12 für das Abgas. Das Spülen dauert 3,5 Minuten. The outlet from bed C is closed, however, so that a combined pressure of 2.1 kp / cm 2 is established in 0.75 minutes. The valves 5.4, 5C, 19 and 26 are closed and the valve 3Λ is opened so that the excess pressure in bed .4 in the Geger.strom is drained through the manifold 12 for the exhaust gas. The final pressure of 1.6 kp / cm 2 is set by a control valve, not shown, downstream in line 12 for the exhaust gas, from which the gas reaches its point of combustion. The valve 26 is more of a resistance valve than a shut-off valve. When it is closed, the flow in bed A is throttled. A countercurrent pressure release is completed in 0.75 minutes at which time valves 26, 5-4 and 5D are opened. This causes the purge gas to flow from bed D through manifold 20 to bed .4 at a pressure of about 1.6 kgf / cm- '. and then through manifold 12 for the exhaust gas. Rinsing takes 3.5 minutes.
Die Adsorptionsphase im Bett -4 ist jetzt abgeschlossen, ebenso wie die Gewinnung des L-ndproduktes und die Desorptionsphase. Jetzt ist es bereit für eine Druckerhöhung in drei Stufen. Das Ventil 3.4 wird geschlossen und der Zustrom aus dem Bett D wird fortgesetzt, wobei der Abfluß aus dem Bett 4 geschlossen ist. so daß in 0,75 Minuten ein Druck von 2,1 kp cm2 sich einstellt. Das Ventil 6.4 wird geöffnet, so daß gleichzeitig das Endprodukt aus der Sammelleitung 11 durch die Ventile 23 und 28 in das Bett 4 zurückströmt. Jetzt werden die Ventile 5.4 und 5D geschlossen und das Ventil 4-40geöffnet. Das stellt eine Verbindung her mit dem Bett B, das ursprünglich unter dem Zuführungsdruck von 11 kp/cm2 stand, und in beiden Betten stellt sich in 0,75 Minuten ein Druck von 6,8 kp/cm2 ein. Schließlich wird das Ventil 4-4S geschlossen, so daß nur Endprodukt aus der Sammellei tung 11 zu dem Bett A strömt. Der Druck in dem Bett A steigt in 4,25 Minuten auf praktisch den Zufiihrungsdruck von 11 kp/cm2. The adsorption phase in bed -4 is now complete, as is the extraction of the L-nd product and the desorption phase. It is now ready for a pressure increase in three stages. The valve 3.4 is closed and the inflow from bed D is continued, with the outflow from bed 4 being closed. so that a pressure of 2.1 kp cm 2 is established in 0.75 minutes. The valve 6.4 is opened so that at the same time the end product flows back from the collecting line 11 through the valves 23 and 28 into the bed 4 . Now the valves 5.4 and 5D are closed and the valve 4-40 opened. This connects to bed B, which was originally under the feed pressure of 11 kgf / cm 2 , and both beds reached a pressure of 6.8 kg / cm 2 in 0.75 minutes. Finally, the valve 4-4S is closed so that only end product from the collecting device 11 flows to the bed A. The pressure in bed A rises to practically the feed pressure of 11 kp / cm 2 in 4.25 minutes .
Der ganze Zyklus für das Bett .4 dauert 20 Minuten, worauf es jetzt mit der Adsorption beginnen kann; dies erfolgt durch Schließend des Ventils 6Λ und Öffnen der Ventile 1-4 und 2A. Der Zyklus für das Bett A ist typisch für alle Betten A — D, und die Betten adsorbieren nach einander jeweils während eines 'Ades Zyklus, so daß die Zuführung des Frischgases und die Abführung des Endproduktes kontinuierlich sind. Die Reihenfolge der Betten nach F i g. 8 bei der Adsorption geht von A zu D zu ßzu C.The entire cycle for bed .4 takes 20 minutes, after which it can now begin adsorption; this is done by closing valve 6Λ and opening valves 1-4 and 2A. The cycle for bed A is typical of all beds A - D, and the beds adsorb one after the other during an 'Ades cycle so that the supply of fresh gas and the discharge of the end product are continuous. The order of the beds according to F i g. 8 in adsorption goes from A to D to ßto C.
Die beschriebene Ausführungsform nach Fig. 7 mit einer Vorrichtung nach Fig. 8 enthält vier Betten und einen Zyklus von fünf Schritten, wobei zwei Schritte zum Ausgleich des Druckes dienen. Man kann das Verfahren aber auch in einer Anlage mit vier Betten und mit Zyklen von vier Verfahrensschritten ausführen, wobei ein einziger Verfahrensschritt zum Ausgleich des Druckes erforderlich ist. Das ist dargestellt in dem Programm für den Zyklus und die Zeitdauer nach Fig.*? mit einer Vorrichtung nach Fig. H. Bei dieser Ausfiihrungsfonn kann die Sammelleitung 21 lur niedngen Druck mit dem Ventil 19 weggelassen werden, die anderen Bestandteile wirken aber in der beschriebenen Art. Die Druckschalter /'.S- .4, Il (und /> bew irken jetzt einen Druck von 4.2 kp/cm-'. Bei ihrer Betätigung beendigen sie die Herabsetzung des Druckes im Gleichstrom und hegmnen die Herabsel/ung des Druckes im Gegenstrom. The described embodiment according to FIG. 7 with a device according to FIG. 8 contains four beds and a cycle of five steps, two steps serving to equalize the pressure. However, the process can also be carried out in a system with four beds and with cycles of four process steps, a single process step being required to equalize the pressure. This is shown in the program for the cycle and the duration according to Fig. *? with a device according to Fig. H. In this Ausfiihrungsfonn the manifold 21 may be omitted lur niedngen pressure to the valve 19, but the other components operate in the manner described. The pressure switch /'.S- .4, Il (and /> now cause a pressure of 4.2 kp / cm- 'When actuated, they stop the reduction of the pressure in the cocurrent flow and prevent the decrease in the pressure in the countercurrent flow.
Das eriindungsgemaHe Verfahren kann auch durch-The method according to the invention can also be carried out
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geführt werden in Systemen mit drei Betten gemäß der LiS-PS 36 36 679, unter Verwendung der Vorrichtung nach Fig. 10. Ein einziger Verfahrensschritt im Zyklus zur Ausgleichung des Druckes un.1 das Programm hierfür sind in F i g. 11 dargestellt, ein Programm für den Zyklus mit zwei Verfahrensscnritten zur Ausgleichung des Druckes ist dargestellt in der F i g. 12.are performed in systems with three beds according to LiS-PS 36 36 679, using the device according to Fig. 10. A single process step in the cycle for equalizing the pressure un.1 the program for this purpose are shown in FIG. 11, a program for the cycle with two process steps for adjustment of the pressure is shown in FIG. 12th
Die Fig. 10zeigt drei adsorbierende Betten .4. Bund C, die parallel verbunden sind zwischen der Sammelleitung 111 für das zugeführte Gas und der Sammelleitung 112 für das an Verunreinigungen verarmte Methan, der Sammelleitung 113 für das Spülgas und der Sammelleitung 114 für das Abgas. Automatische Ventile 115.4. 115ßund 115Cführendas Frischgas entsprechend in das erste Bett A, in das zweite Bett Bund in das dritte Bett C. Automatische Ventile 116,4. 116ßund U6C führen das Gas aus diesen Betten in die Sammelte :tung 112. Die Sammelleitung !!3 für das Spülgas verbinde! die .Sammelleitung 112 für das an Verunreinigungen verarmte Methan an das Auslaßende der drei Betten, und das Spülgas wird durch die automatischen Ventile !17 4. 117ßund 117Cim Gegenstrom in die Betten A. B und C geführt. Die automatischen Ventile 118.4. 118ß und U8C verbinden die Sammeleitung für das Abgas 114 mit dem Einlaßende der entsprechenden Betten füi das Ableiten der im Gegenstrom zur Herabsetzung des Druckes eingeführten Gase und vies Spülgases. Die Ventile 119A 119ßund 119Cam Ablaßende stro.uaufwärts von den Ventilen 116,4. 116ß und 116C für das Endprodukt werden von Hand bedient, um beim Ausgleich des Druckes den Gasstrom zu regeln.Figure 10 shows three adsorbent beds .4. B and C, which are connected in parallel between the manifold 111 for the supplied gas and the manifold 112 for the impurity-depleted methane, the manifold 113 for the purge gas and the manifold 114 for the exhaust gas. Automatic valves 115.4. 115ß and 115C respectively carry the fresh gas into the first bed A, into the second bed and into the third bed C. Automatic valves 116.4. 116ßund U6C conduct the gas from these beds in the Collected: tung 112. The manifold !! 3 connect the purge gas! the pollutant-depleted methane manifold 112 to the outlet end of the three beds, and the purge gas is countercurrently fed into beds A, B and C through the automatic valves 17, 4, 117 and 117 C. The automatic valves 118.4. 118B and U8C connect the exhaust gas collection line 114 to the inlet end of the respective beds for the discharge of the countercurrently introduced gases to reduce the pressure and the purge gas. Valves 119A, 119B and 119C at the vent end upstream of valves 116.4. 116B and 116C for the final product are manually operated to regulate gas flow as the pressure is equalized.
Die F i g. 11 zeigt den Zeitablauf für ein System nach Fig. 10, wobei sechs besondere Verfahrensschritte verwendet werden, von denen jeder den Beginn oder den Abschluß von Strömungen mit sich bringt. Die Ströme in und von den drei Betten im System sind angezeigt durch senkrechte Linien in der SammelleitungThe F i g. 11 shows the timing for a system after Fig. 10, with six particular process steps may be used, each of which entails the onset or termination of currents. the Flows into and from the three beds in the system are indicated by vertical lines in the manifold
111 für das zugeführte Gas und in der Sammelleitung111 for the supplied gas and in the manifold
112 für das an Verunreinigungen verarmte Methan. Die Sammelleitung 111 für das zugeführte Gas ist waagerecht verbunden mit jedem der drei adsorbierenden Betten, und diese sind ihrerseits waagerecht verbunden mit der Sammelleitung 112 für das an Verunreinigungen verarmte Methan. Die Verfahrensschritte zur Wiederherstellung des Druckes und zum Durchspülen unter Verwendung eines Teiles des an Verunreinigungen verarmten Methans sind waagerecht verbunden mit diesen Schritten, d. h. mit der Druckerhöhung im Gleichstrom und mit dem Druckausgleich, wozu an Verunreinigungen verarmtes Metnan verwendet wird. Alle Gasströme zwischen den Betten sind in der Figur dargestellt.112 for the impurity-depleted methane. The gas supply manifold 111 is horizontally connected to each of the three adsorbing beds, and these in turn are horizontally connected to the impurity-depleted methane manifold 112. The process steps for re-r production of pressure and for flushing using a portion of the depleted impurities methane are horizontally connected to these steps, ie, with the pressure increase in the direct current, and with the surge, including depleted impurities Metnan is used. All gas flows between the beds are shown in the figure.
Man sieht aus der Fig. 11, daß zu jedem Zeitpunkt eines der adsorbierenden Betten ein Endprodukt unter laufend abnehmendem Druck in die Leitung 112 für das an Verunreinigungen verarmte Methan wie folgt führt: Das Bett Cbei 0-40 Sekunden, das Bett A bei 40—50 Sekunden, das Bett ,4 bei 50 — 80 Sekunden und das Reit I) bei 80—120 Sekunder. Dementsprechend wird das Endprodukt kontinuierlich /u den Verbrauchssteuer! abgezogen.It can be seen from FIG. 11 that at any point in time one of the adsorbing beds leads an end product under continuously decreasing pressure into line 112 for the impurity-depleted methane as follows: Bed C for 0-40 seconds, bed A for 40-40 seconds. 50 seconds, the bed, 4 at 50-80 seconds and the riding I) at 80-120 seconds. Accordingly, the end product will continuously / u the consumption tax! deducted.
Bei diesem besonderen /yklus. bezogen aiii ein einziges Bett, braucht man für die Wiederherstellung ilos Druckes 1Zi des gesamten Zyklus, das Abziehen des Endproduktes und dor gleichzeitige Ausgleich des Dtiickes oder die Druckherabsetzung im Gleichstrom brauchen 1Zt des gesamten /yklus. und die Herabsetzung des Druckes im Gegenstrom und das Spülen dasAt this particular / cycle. If all of them are on a single bed, one needs 1 Zt of the entire cycle to restore the pressure, the removal of the end product and the simultaneous equalization of the pressure or the reduction in pressure in cocurrent need 1 Zt of the entire cycle. and countercurrent pressure depressurization and purging
!östliche Drittel des Zyklus. Die Verwendung des Druckausgleiches innerhalb des Systems und die Herabsetzung des Druckes im Gleichstrom sind angezeigt durch waagerechte Linien. Jeder Verfahrensschritt zur Ausgleichung des Druckes ist waagerecht verbunden mit einer Erhöhung des Druckes in einem anderen Bett, das schon durchgespült ist, und jeder Verfahrensschritt zur Herabsetzung des Druckes im Gleichstrom ist waagerecht verbunden mit einem Schritt zum Durchspülen eines anderen Bettes, in welchem im Gegenstrom gerade der Druck herabgesetzt ist.! eastern third of the cycle. Using the Pressure equalization within the system and the reduction of the pressure in the co-current are indicated by horizontal lines. Every step in the process for equalizing the pressure is horizontal combined with an increase in pressure in another bed, which has already been flushed through, and everyone Process step for reducing the pressure in cocurrent is connected to a horizontally Step to flush another bed, in which the pressure is being reduced in countercurrent is.
Jeder Verfahrensschritt in dem Zyklus des Beites 4 soll jetzt mit diesen Bestandteilen der Fig. 10 in Verbindung gesetzt werden, die an dem Zvklus mitwirken. Hierbei werden auch Beispiele von Drücken für dieses Verfahren zum Reinigen von Methan unter Verwendung von Kicselgel als Adsorptionsmittel angegeben.Each process step in the cycle of component 4 should now be made with these components of FIG. 10 in Connection can be set, which participate in the cycle. Examples of pressures are also given here for this method of purifying methane using Kicselgel as an adsorbent specified.
Zeit 0 — 0.5: Das Bett 4 wird unter Druck gesetzt, i::- Bett B wird der Druck im Gegenstrom herabgesetzt, und im Bett Cwird der Druck ausgeglichen. Die Ventile 115.4 und 116,4 sind geöffnet und die Ventile 117.4 und 118,4 sind geschlossen. Frischgas wird dem Bett A zugeführt an seinem Einlaßende aus der Sammelleiuing 111. und an Verunreinigungen verarmtes Methan aus der Sammelleitung 112 wird gleichzeitig durch das Auslaßende in das Bett ,4 eingeführt. Dieses letztere kommt aus dem Bett Cdureh die Ventile 119C 116Cund strömt weiter durch die Ventile 116,4 und das Ventil 119/\ in das Bett A. Das Bett C wird während dieser Periode im Gleichstrom unter niedrigeren Druck gesetzt, und die Strömung dauert an. bis die Drücke in den Betten ,4 und C bei etwa 7.4 kp/cm: praktisch ausgeglichen sind. Während dieser Periode wird ein anderer Teil des Gases aus dem Bett CaIs Endprodukt in die Sammelleitung 112 abgelassen.Time 0-0.5: Bed 4 is pressurized, bed B is depressurized in countercurrent and in bed C the pressure is equalized. The valves 115.4 and 116.4 are open and the valves 117.4 and 118.4 are closed. Fresh gas is supplied to bed A at its inlet end from manifold 111 and impurity-depleted methane from manifold 112 is simultaneously introduced into bed 4 through the outlet end. This latter comes out of bed C through valves 119C 116C and continues to flow through valves 116.4 and valve 119 / \ into bed A. Bed C is co-pressurized during this period and the flow continues. until the pressures in beds, 4 and C are practically balanced at about 7.4 kp / cm: During this period, another portion of the gas from the bed of CaI's end product is vented into manifold 112.
Zeit 0,5 — 3,0: Das Ventil 116/A ist jetzt geschlossen und nur Frischgas wird in das Bett A geleitet, bis ein Enddruck von 11,5kp/cm2 erreicht ist. Damit ist die Periode für das Unterdrucksetzen des Bettes 4 abgeschlossen. Während dieses Unterdrueksetzens stellt sich die Adsorptionsfront für die Verunreinigung in der Nähe des Einlaßendes des Bettes A ein und wandert dann fortschreitend gegen das Auslaßende. Es wird soviel Frischgas im Verhältnis zu dem an Verunreinigungen verarmten Methan zur Wiederherstellung des Druckes verwendet, daß bei der Wiederherstellung des Druckes eine bestimmte Länge des unbeladenen Bettes zwischen der Adsorptionsfront und dem Auslaßende besteht.Time 0.5-3.0: The valve 116 / A is now closed and only fresh gas is passed into bed A until a final pressure of 11.5 kgf / cm 2 is reached. This completes the period for pressurizing the bed 4. During this pressurization, the adsorption front for the contaminant sets up near the inlet end of bed A and then progresses towards the outlet end. So much fresh gas is used in relation to the impurity-depleted methane to restore the pressure that there is a certain length of the unloaded bed between the adsorption front and the outlet end when the pressure is restored.
Zeit 3,0— 3,5: Der Ausgleich des Druckes für das Bett ,4 beginnt beim Schließen des Ventils 115Λ und Öffnen der Ventile 116,4 und 1160, wobei im Gleichstrom der Druck im Bett A abnimmt durch Ablassen von Gas aus dem Auslaßende. Dieses Gas strömt durch den unbelydenen Teil des Bettes, wobei die Verunreinigungen adsorbiert werden und das von Verunreinigungen :>oireite Methan in zwei I eilen verwendet wird. Das aus Methan !^stehende Endprodukt strömt durch das Regelventil 121 in die Sammelleitung 112 zu do1' Verbraucherleiiung abwärts von dom Ventil 121. Da^ Ventil 121 ist selbstregelnd und hält den Druck in de-Veri-.ilungsleiiung 112 über einem Miniuni \on beispielsweise 1.75 kp/cm2. was genügt, um das !.!eiprodukt in die Abnehmerleitung zu führen. Der Rest und gröUoiv Teil des von Verunreinigungen befreiten Methans strömt durch die Ventile I !(■>/>' bis 114/? zu demTime 3.0-3.5: The pressure equilibrium for bed, 4 begins with closing valve 115Λ and opening valves 116.4 and 1160, with cocurrent pressure in bed A decreasing by releasing gas from the outlet end . This gas flows through the unbonded part of the bed, whereby the impurities are adsorbed and that of the impurities: methane is used in two parts. The methane! ^ Standing final product passes through the control valve 121 in the manifold 112 to do one 'Verbraucherleiiung downstream from dom valve 121. Since ^ valve 121 is self-regulating and maintains the pressure in de-Veri-.ilungsleiiung 112 via a Miniuni \ on for example 1.75 kgf / cm 2 . what is enough to lead the!.! egg product into the customer line. The remainder and large part of the methane freed from impurities flows through the valves I!
Aiislaßende des Bettes B, um dort teilweise den Druck wieder zu erhöhen. Aus dem Bett B sind vorher die Adsorbate weggespült worden und es steht anfangs unter dem niedrigsten Druck des ganzen Systems von etwa 1,75 kp/cm2. Dieser Strom des von Verunreinigungen befreiten Methans aus dem Bett 4 zu dem Bett B dauert etwa 0,5 Minuten, bis die beiden Betten unterpraktisch dem gleichen Druck von beispielsweise 7.4 kp/cm2stehen.Outlet end of bed B in order to partially increase the pressure there again. The adsorbates have previously been flushed away from bed B and it is initially under the lowest pressure of the entire system of about 1.75 kp / cm 2 . This flow of de-contaminated methane from bed 4 to bed B takes about 0.5 minutes until the two beds are under practically the same pressure, e.g. 7.4 kgf / cm 2 .
Zeit 3.5 — 6,0: Zusätzliches, von Verunreinigungen befreites Methan kommt aus dem Ablaßende des Bettes 4 zur weiteren Herabsetzung des Druckes im Gleichstrom, wobei ein Teil in das Ablaßende des Bettes ("eingeführt wird durch Schließen des Ventils 116/? und Öffnen des automatischen Ventils 117C in der Sammelleitung für das Spülgas, um das Adsorbat aus dem Bett C bei einem Druck etwas über 1,75 kp/cm2 wegzuspülen. Die Ventile 123 und 124 drosseln den Druck des Spülgases auf praktisch 1,75 kp/cm2 und halten die Strömungsgeschwindigkeit des Spülgases konstant. Dadurch wird auch die Gesamtmenge des Spülgases konstant gehalten, weil der Verfahrensschritt des Spülens vorzugsweise nur eine bestimmte Zeit dauert. Die Strömungsgeschwindigkeit wird auf einen festen Wert geregelt durch Einstellen des Ventils 123. welches den Druck zwischen den beiden Ventilen 123 und 124 konstant hält. Das Abgas aus dem Einlaßende des Bettes Cströmt durch das automatische Ventil 118C in die Sammelleitung 114 für das Abgas und wird abgelassen durch das automatische Ablaßventil 125. Dieses letztere Ventil drosselt nur die Ablaßgeschwindigkeit und schließt nicht ganz. Beim Schließen drosselt es den Strom in die Sammelleitung 114 für das Abgas, wodurch die Druckherabsetzung verlangsamt wird bis auf einen solchen Wert, daß ein Abrieb der adsorbierenden Teilchen stattfindet. Für das Ablassen des Spülgases ist aber das Ventil 125 geöffnet, so daß die durch die Ventile 123 und 124 geregelte Strömungsgeschwindigkeit nicht herabgesetzt wird. Ein weiterer Teil des zusätzlich von Verunreinigungen des Methans aus dem Bett A wird als Endprodukt abgezogen. Während dieses Verfahrensschrittes nimmt der Druck im Bett A und in der Sammelleitung 112 ab, bis ein Wert von etwa 2,45 kp/cm2 erreicht ist, was nach zusätzlichen 2,5 Minuten geschieht (6 Minuten im Zyklus auf 2Ii des gesamten Zyklus). Der Druck in dem Bett A sollte nicht unter eine bestimmte untere Grenze für die Druckherabsetzung im Gleichstrom fallen, d. h. unter 2,45 kp/cm2, da dieser Druck dem drohenden Durchbruch der Adsorptionsfront an dem Auslaßende des Bettes entspricht. Damit ist die Phase für die Gewinnung des Endproduktes für das Bett A beendet. Time 3.5 - 6.0: Additional methane, freed from impurities, comes out of the discharge end of bed 4 to further reduce the pressure in cocurrent, a portion being introduced into the discharge end of the bed ("by closing valve 1 16 /? And opening of the automatic valve 117C in the manifold for the purge gas to purge the adsorbate from bed C at a pressure slightly above 1.75 kg / cm 2. Valves 123 and 124 throttle the pressure of the purge gas to practically 1.75 kg / cm 2 and keep the flow rate of the purge gas constant. This also keeps the total amount of purge gas constant, because the process step of purging preferably only lasts a certain time. The flow rate is regulated to a fixed value by setting the valve 123. which adjusts the pressure between the keeps both valves 123 and 124 constant. the exhaust gas from the inlet end of the bed Cströmt through the automatic valve 1 18C into the manifold 114 for the exhaust gas and is drained through the automatic drain valve 125. This latter valve only throttles the drain rate and does not close completely. When it closes, it throttles the flow into the manifold 114 for the exhaust gas, whereby the pressure reduction is slowed down to such a value that abrasion of the adsorbent particles takes place. However, the valve 125 is open to discharge the purge gas, so that the flow rate regulated by the valves 123 and 124 is not reduced. Another part of the additional methane impurities from bed A is withdrawn as the end product. During this process step, the pressure in bed A and in manifold 112 decreases until a value of about 2.45 kgf / cm 2 is reached, which happens after an additional 2.5 minutes (6 minutes in the cycle to 2 Ii of the entire cycle ). The pressure in bed A should not fall below a certain lower limit for the depressurization in cocurrent, ie below 2.45 kg / cm 2 , since this pressure corresponds to the impending breakthrough of the adsorption front at the outlet end of the bed. The phase for obtaining the end product for bed A is thus ended.
Zeit 6,0—6,5: Im Bett Λ beginnt jetzt die Desorptionsphase durch Schließen der Ventile 116/4 und 117Cund öffnen des Ventils 118/4. Zusätzliches Gas wird abgelassen aus dem Einlaßende des Bettes A für die Druckherabsetzung im Gegenstrom durch die Sammelleitung 114 für das Abgas und das Auslaßventil 125. Das letztere Ventil ist für diesen Verfahrensschritt »geschlossen«, um den Gasstrom zu drossein, um zu große Strömungsgeschwindigkeiten aus dem Bett zu vermeiden. Dieser Verfahrensschritt dauert etwa 0.50 Minuten, bis in dem Bett .4 der niedrigste Druck von 1,75 kp/cm2 herrscht. Time 6.0—6.5: The desorption phase now begins in bed Λ by closing valves 116/4 and 117C and opening valve 118/4. Additional gas is vented from the inlet end of bed A for the countercurrent depressurization through manifold 114 for the exhaust gas and outlet valve 125. The latter valve is "closed" for this process step in order to restrict the gas flow in order to avoid excessive flow velocities from the Avoid bed. This process step takes about 0.50 minutes until the lowest pressure of 1.75 kp / cm 2 prevails in bed .4.
Zeit 6.5 — 9,0: Aus dem Bett A wird restliches Adsorbat durch Öffnen der Ventile 1174 und 125 weggespült. Zusätzliches von Verunreinigungen befreites Methan .ms dem Auslaßende des Bettes B strömtTime 6.5 - 9.0: residual adsorbate is washed away by opening the valves 1174 and 125 from bed A. Additional contaminated methane flows down the outlet end of bed B
durch die Sammelleislung 112. durch die Ventile 123 uric 124 und durch die Sammelleitung 113 für das Spülgas dann durch das Ventil 1174 zu dem Auslaßende de: Bettes A. Das aus dem Bett .4 am Einlaßend( ausströmende, Verunreinigungen enthaltende Spülgas strömt durch das Ventil 1184 und wird abgelassen durcl das Ventil 125. Das Spülen dauert 2,5 Minuten, worau der gesamte Zyklus von 9 Minuten vollständig ist. Da1 Bett 4 ist jetzt bereit zur Erhöhung des Druckes in ihn in der oben beschriebenen Art.through the manifold 1 12. through the valves 123 uric 124 and through the manifold 113 for the purge gas then through the valve 1174 to the outlet end of the bed A. The purge gas flowing out of the bed 1 valve 184 and is discharged durcl the valve 125. the flushing takes 2.5 minutes worau the entire cycle of 9 minutes is complete. Since 1 bed 4 is now ready to increase the pressure in it in the manner described above.
Bei den Betten B und C werden nacheinander die beschriebenen Verfahrensschritte durchgeführt, wöbe in das Bett B gleichzeitig das Frischgas eingeführt wird in dem Bett 4 während 3,0 bis 3,5 Minuten mit dem ar Verunreinigungen befreiten Methan der Druck ausgeglichen wird, !n das Bett C tritt gleichzeitig da; Frischgas ein, während bei 6,0 bis 6,5 Minuten im Bet! A im Gegenstrom mittels des an Verunreinigungen befreiten Methans der Druck erniedrigt wird. Die notwendige Änderung des Ventils für diese Verfahrens· schritte geht aus den Fig. 10 und 11 und tu; vorhergehenden Beschreibung hervor. F.ine Regelung des 2!yklussystems ist notwendig, um diese Einstellung der Ventile zu koordinieren. Die Regelvorrichtung für den Zyklus kann beispielsweise ein Signal aus dem Druckfühler 126 in der Sammelleitung für das Endprodukt erhalten.In beds B and C , the process steps described are carried out one after the other, if the fresh gas is introduced into bed B at the same time, the pressure is equalized in bed 4 for 3.0 to 3.5 minutes with the methane freed from impurities,! N that Bed C steps there at the same time; Fresh gas on, while at 6.0 to 6.5 minutes in Bet! A in countercurrent by means of the methane freed of impurities, the pressure is lowered. The necessary change in the valve for these process steps can be seen in FIGS. 10 and 11 and FIG. previous description. F. A regulation of the 2-cycle system is necessary in order to coordinate this setting of the valves. For example, the cycle controller may receive a signal from the pressure sensor 126 in the final product manifold.
Es ist klar, daß auch Änderungen des Zeitprngrammes nach Fig. 11 in Betracht gezogen werden können. So ist es beispielsweise nicht notwendig, daß die Dauer der Ausspülung genau zusammenfällt mit der Dauer der Druckherabsetzung im Gleichstrom des Bettes mittels des Spülgases. Das Durchspülen des Bettes Λ kann beendet werden kurz vor der Vervollständigen;; der Druckherabsetzung im Gleichstrom im Bett B. und das durchgespülte Bett 4 kann während dieser kurzen Zeitdauer isoliert werden, bevor eine Wiedererhöhung des Druckes begonnen wird. Entsprechend wird das gesamte zur Druckherabsetzung im Gleichstrom verwendete Gas aus dem Bett B als Endprodukt abgezogen, während das Bett .4 isoliert ist und keines gebraucht wird.It is clear that changes to the timing program shown in FIG. 11 can also be considered. For example, it is not necessary for the duration of the flushing to coincide exactly with the duration of the pressure reduction in the cocurrent flow of the bed by means of the flushing gas. Flushing the bed Λ can be stopped shortly before completion ;; the cocurrent depressurization in bed B. and the flushed bed 4 can be isolated for this short period of time before a repressurization is started. Accordingly, all of the cocurrent depressurization gas is withdrawn from Bed B as an end product while Bed .4 is isolated and none is used.
Die F ig. 12 zeigt eine bevorzugte Ausführurgsform des Systems mit drei Betten, die mit einer Vorrichtung nach Fig. 10 durchgeführt werden kann. Die Zeittafel nach F i g. 11 ist so geändert, daß zwei Verfahrensschritte zum Ausgleich des Druckes an Steile eines Verfahrensschriu.es während der Herabsetzung des Druckes in jedem Bett notwendig sind. Das ergibt eine höhere Ausbeute an Endprodukt mit gleicher Reinheit Ein Vergleich der einzelnen Schritte nach Fig. 12 mil denen nach Fig. 11 (beispielsweise Bett A) zeigt. da£ die gesamte Dauer der Zyklen identisch bei 9 Minuter liegt, daß aber die Phase zur Wiederherstellung des Druckes für jedes Bett nach Fig. 12 in drei Stufen erfolgt, während nach F i g. 11 nur zwei Stufer notwendig sind. Die F i g. 12 zeigt, daß für das Bett 4 der zusätzliche Ausgleich des Druckes (8,5 bis 9.0 Minuten] der erste Schritt ist, daß der zweite Schritt die Erhöhung des Druckes durch das Gasgemisch mit dem an Verunreinigungen verarmten Gas ist (: bis 0,5 Minuter nach Fig. 11) und daß der dritte Schritt die Erhöhung des Druckes durch das Frischgas ist (0,5 bis 3,0 Minuter nach Fig. 11). Der Zeitraum für den zusätzlicher Ausgleich des Druckes unter niedrigem Druck wire gewonnen durch Verkürzen der Zeit für das Durchspülen. /.B. von 2.5 Minuten (6.5 bis 9.0 Minuten nach Fig. 11) auf 2.0 Minuten (b.5 bis 8.5 Minuten nachThe fig. FIG. 12 shows a preferred embodiment of the three bed system that can be implemented with an apparatus of FIG. The time table according to FIG. 11 is modified so that two process steps are necessary to equalize the pressure at part of a process step during the reduction of the pressure in each bed. This results in a higher yield of end product with the same purity. A comparison of the individual steps according to FIG. 12 with those according to FIG. 11 (for example bed A) shows. since the total duration of the cycles is identical at 9 minutes, but that the phase for restoring the pressure for each bed according to FIG. 12 takes place in three stages, while according to FIG. 11 only two levels are necessary. The F i g. 12 shows that for the bed 4 of the additional compensation of the pressure (8.5 to 9.0 minutes], the first step that the second step, the increase of the pressure through the gas mixture with the contaminants depleted gas (: up to 0.5 minuter of FIG. 11) and that the third step obtained wire, the increase in pressure by the gas state is (0.5 to 3.0 minuter of FIG. 11). the time period for the additional compensation of the pressure at low pressure by shortening the Time for flushing. / B. from 2.5 minutes (6.5 to 9.0 minutes according to Fig. 11) to 2.0 minutes (b.5 to 8.5 minutes after
Fig. 12). Eine Yerkur/ung dor Durchspülzeit bedeutet nicht notwendigerweise, dall die Spülung entsprechend verschlechtert wird. Die Strömungsgeschwindigkeit des Spülgases kann erhöht werden durch eine entsprechende F.insicllung der Ventile 123 und 124.Fig. 12). A treatment for the flushing time means not necessarily, dall the conditioner accordingly is worsened. The flow rate of the Purge gas can be increased by an appropriate F. Including valves 123 and 124.
Die Einstellung der Ventile /ur Durchluhrung eines zusätzlichen Verfahrensschrilles zum Ausgleich des Druckes ergibt sich aus der sorhergchenden Beschreibung der F i g. 11. Nach dem Durchspülen \\ ird ein Bett zunächst unter erhöhtem Druck gebracht durch Druckausgleich mil einem anderen Bett von verhältnismäßig niedrigem Druck. Dieser Strom /um Ausgleichen des Druckes wird durch die Sammelleitung für das Endprodukt in gleicher Weise geführt, wie beim einzigen Verfahrensschritt zum Ausgleich des Druckes nach 1 i g. 11. Während der Zeil von 8.5 bis 9.0 Minuten nach F i g. 12 empfangt das Bett .4 das das während des Druckausgleiches bei niedrigem Druck durch die offenen Ventile 116.4 und tlbö bei geschlossenen Ventilen 115.4 und 115/J. Eine anschließende Einstellung der Ventile für das Bett A ist die gleiche wie nach Fig. 11 IiLr die Zeit NuIlI während der Druckerniedrigung im Gleichstrom (5.5 Minuten). Aus dem Belt .4 gelangt das Gas in das Bett C während des Druckausgleiches bei niedrigem Druck durch die offenen Ventile 116.4 und 116C Die weiteren Einstellungen der Ventile für das Bett .4 sind die gleichen wie nach I i g. 11 für die Verfahrensschritte der Druckherabsctzung im Gegenstrom und des Durchspülens. Die Drücke für das Verfahren nach Fig. 12 sind höher als für das Verfahren nach Pig. Il und entsprechen der bevorzugten Kombination von zwei Zyklen /um Druckausgleich mit höheren Drücken, und der bevorzugten Kombination eines einzigen Zyklus zum Druckausgleich mit niedrigeren Drücken.The setting of the valves for the passage of an additional procedural step to equalize the pressure results from the careful description of FIG. 11. After flushing, one bed is first brought under increased pressure by pressure equalization with another bed of relatively low pressure. This flow / to equalize the pressure is passed through the manifold for the end product in the same way as in the single process step for equalizing the pressure according to 1 i g. 11. During the line from 8.5 to 9.0 minutes according to FIG. 12 receives the bed .4 that during the pressure equalization at low pressure through the open valves 116.4 and tlbö with closed valves 115.4 and 115 / J. A subsequent setting of the valves for bed A is the same as according to FIG. 11 IiLr the time NuIlI during the pressure reduction in cocurrent (5.5 minutes). The gas passes from the belt .4 into bed C during the pressure equalization at low pressure through the open valves 116.4 and 116C. The further settings of the valves for bed .4 are the same as in I i g. 11 for the process steps of pressure reduction in countercurrent and flushing. The pressures for the process of Figure 12 are higher than for the Pig process. II and II correspond to the preferred combination of two cycles / um pressure equalization with higher pressures, and the preferred combination of a single cycle for pressure equalization with lower pressures.
Das Verfahren nach den F" i g. 7 und 12 besteht aus Zyklen mit fünf Verfahrensschritten, von denen zwei Verfahrensschritte zum Ausgleich des Druckes sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform strömt das Gas während des zweiten Verfahrensschrittes zum Ausgleich des Druckes unter niedrigem Druck von einem Ablaßende zu dem anderen Ablaßende der beiden Betten. Dadurch wird die Möglichkeit verringert, daß Verunreinigungen in das reine Endprodukt am Auslaßende des aufnehmenden Bettes gelangen, wenn teilweise ein Durchbruch in dem einen Bett stattfindet. Wenn aber eine genaue Regelung zur Verhinderung eines solchen Durchbruches vorgesehen ist oder wenn ein Endprodukt von sehr großer Reinheit nicht verlangt wird, dann kann der Gasstrom während es zweiten Verfahrensschrittes zum Ausgleich des Druckes unter niedrigem Druck von dem Auslaßende des einen Bettes zu dem Einlaßende des anderen Bettes geführt werden. Änderungen der Strömung für die Durchführung dieses Verfahrens in einem System mit vier Betten nach F i g. 8 sind in der F 1 g. 2 der US-PS 35 14 816 beschrieben. Änderungen der Strömung für die Durchführung des Verfahrens in einem System mit drei Betten entsprechend der Fig. 10 sind in der Fig. 3 der US-PS 37 38 087 beschrieben.The process according to FIGS. 7 and 12 consists of cycles with five process steps, two of which Process steps for equalizing the pressure are. In a preferred embodiment the gas flows during the second step to equalize the pressure under low pressure of one Drain end to the other drain end of the two beds. This reduces the possibility that Impurities enter the neat end product at the outlet end of the receiving bed when sometimes a breakthrough takes place in one bed. But if there is a precise regulation to prevent it such a breakthrough is provided or if an end product of very high purity is not required is then the gas flow during the second process step to equalize the pressure under low pressure from the outlet end of one bed to the inlet end of the other bed. Changes in flow for performing this process in a four bed system as shown in FIG. 8th are in the F 1 g. 2 of US Pat. No. 3,514,816. Changes in flow for the implementation of the Procedures in a three bed system as shown in Fig. 10 are shown in Fig. 3 of U.S. Patent 37 38 087.
Das erfindungsgemäße VErfahren kann auch durchgeführt werden in einem System mit zwei Betten Für die kontinuierliche Gewinnung von Methan, wobei vorzugsweise eine Vorrichtung und ein Programm für die Zyklen und Zeiten gemäß den Fig. 1 und 2 der US-PS 37 38 087 verwendet werden.The method according to the invention can also be carried out are in a system with two beds For the continuous recovery of methane, being preferred a device and a program for the cycles and times according to FIGS. 1 and 2 of the US-PS 37 38 087 can be used.
Die Fig. 13 zeigt die adsorbierenden Betten A und B in Parallelschaltung zwischen der Sammelleitung 211 für13 shows the adsorbing beds A and B connected in parallel between the manifold 211 for
das zugeführte Gas, der Sammelleitung 212 für das an Verunreinigungen verarmte Methan, der Sammelleitung 213 für das Spülgas und der Sammelleitung 214 für das Abgas. Die automatischen Ventile 215,4 und 215/i führen den Gasstrom entsprechend in das erste Bei A und das zweite Bett ß. Die automatischen Ventile 216,4 und 216ß führen das Gas direkt aus diesen beiden Betten in die Sammelleitung 212. Die Sammelleitung 213 für das Spülgas verbindet die Sammelleitung 212 für das von Verunreinigungen befreite Methan mit dem Auslaßende der beiden Betten, und Spülgas wird durch die automatischen Ventile 217.4 und 217Ö im Gegenstrom zu der Strömungsrichtung des eingeführten Gases zugeführt. Die automatischen Ventile 218.4 und 218ß verbinden die Sammelleitung 214 für das Abgas mit den Einlaßenden der entsprechenden Betten zum Einlassen des Gases zur Druckherabsetzung im Gegenstrom und zum Spülen. Die Ventile 219.4 und 219ß an den Auslaßenden stromaufwärts von den Ventilen 216A und 216S für das Endprodukt können von Hand eingestellt werden, um den Strom des zum Druckausgleich verwendeten Gases zu drosseln. Zugeführtes Gas unter geeignetem Druck gelangt in die Sammelleitung 211, gasförmiges Endprodukt strömt durch das Regelventil 221 in die Sammelleitung 212 und in die Leitung für den Verbrauch. Die Ventile 223 und 224 drosseln den Druck des Spülgases auf das gewünschte niedrigste Ausmaß, und halten auch die Strömungsgeschwindigkeit des Spülgases konstant. Dadurch wird auch die gesamte Menge des Spülgases konstant gehalten, da das Spülen vorzugsweise während einer bestimmten Zeitdauer stattfindet. Die Strömungsgeschwindigkeit wird auf einem bestimmten Wert gehalten durch Einstellen des Ventils 223. welches den Druck zwischen den beiden Ventilen 223 und 224 konstant hält. Das Abgas in der Sammelleitung 214 wird ausgelassen durch das automatische Ablaßventil 225. Das letztere drosselt nur und läßt sich nicht ganz abschließen. In »geschlossenem« Zustand drosselt es den Strom in die Sammelleitung 214 für das Abgas, wodurch die Geschwindigkeit der Druckabnahme auf einen Wen verringert wird, daß kein Abrieb der Teilchen des Adsorptionsmittels stattfindet. Für das Ablassen des Spülgases ist aber das Ventil 225 ganz geöffnet, da die Strömungsgeschwindigkeit schon begrenzt ist durch die Ventile 223 und 224.the supplied gas, the manifold 212 for the impurity-depleted methane, the manifold 213 for the purge gas and the manifold 214 for the exhaust gas. The automatic valves 215,4 and 215 / i lead the gas flow accordingly into the first at A and the second bed ß. The automatic valves 216,4 and 216ß lead the gas directly from these two beds into the manifold 212. The manifold 213 for the purge gas connects the manifold 212 for the contaminated methane to the outlet end of the two beds, and purge gas is through the automatic Valves 217.4 and 217Ö are supplied in countercurrent to the direction of flow of the gas introduced. The automatic valves 218.4 and 218ß connect the exhaust manifold 214 to the inlet ends of the respective beds for admitting the gas for countercurrent depressurization and purging. Valves 219.4 and 219B at the outlet ends upstream of final product valves 216A and 216S can be manually adjusted to restrict the flow of gas used for pressure equalization. Supplied gas under a suitable pressure reaches the collecting line 211, and the gaseous end product flows through the control valve 221 into the collecting line 212 and into the line for consumption. The valves 223 and 224 throttle the pressure of the purge gas to the lowest desired level, and also keep the flow rate of the purge gas constant. As a result, the total amount of purging gas is also kept constant, since purging preferably takes place during a certain period of time. The flow rate is kept at a certain value by adjusting the valve 223, which keeps the pressure between the two valves 223 and 224 constant. The exhaust gas in the manifold 214 is discharged through the automatic drain valve 225. The latter only throttles and cannot be completely shut off. When "closed" it restricts the flow into manifold 214 for the exhaust gas, thereby reducing the rate of pressure decrease to a level such that the particles of the adsorbent do not wear off. However, valve 225 is fully open to let off the purging gas, since the flow rate is already limited by valves 223 and 224.
Die Fig. 14 zeigt den Zeitablauf für den Betrieb einer Vorrichtung nach Fig. 13, wobei acht einzelne Verfahrensschritte angewendet werden, einschließlich des Beginns oder der Beendigung der Strömung. Zugeführtes Gas und das Endprodukt durchströmen das System mit zwei Betten und sind angedeutet durch senkrechte Linien, d h. durch Ströme in der Sammelleitung für das zugeführte Gas 211 und in der Sammelleitung 212 für das von Verunreinigungen befreite Methan. Die Sammelleitung 211 für das zugeführte Gas verbindet waagerecht die beiden adsorbierenden Betten, und diese sind ihrerseits waagerecht verbunden mit der Sammelleitung 212 für das von Verunreinigungen befreite Methan. Die Wiederherstellung des Druckes und das Durchspülen unter Verwendung eines Teiles des von Verunreinigungen befreiten Methans sind waagerecht verbunden mit den Verfahrensschritten des Druckausgleiches und des Wiederherstellens des Druckes unter Verwendung des von Verunreinigungen befreiten Methans. Entsprechend ist der Verfahrensschritt der Wiederherstellung des Druckes waagerecht verbunden mit der Sammelleitung für das Frischgas, die auch das14 shows the timing for the operation of a Device according to FIG. 13, with eight individual process steps may be applied, including the beginning or the end of the flow. Supplied Gas and the end product flow through the system with two beds and are indicated by vertical beds Lines, i.e. by flows in the manifold for the supplied gas 211 and in the manifold 212 for the contaminated methane. The manifold 211 for the supplied gas connects horizontally the two adsorbing beds, and these in turn are horizontally connected to the collecting line 212 for the contaminated methane. Restoring the pressure and that Flushing using some of the contaminated methane is horizontal associated with the process steps of pressure equalization and restoring the pressure below Use of the contaminated methane. The process step is correspondingly Restoration of the pressure horizontally connected to the manifold for the fresh gas, which also has the
609 54?'475609 54? '475
Gas iür diesen Veriahrensschntt liefen. Alle Ströme /wischen den Beilen sind in der I i g. 14 dargestellt.Gas ran for this period of time. All streams / wipe the hatchets are in the I i g. 14 shown.
Man sieht aus der Fig. 14. el a 1.1 zu jedem Zeitpunkt eines der adsorbierenden Betten bei ständig sich änderndem Druck Gas in die .Sammelleitung 212 für das von Verunreinigungen befreite Methan abgibt, und zwar wie folgt: Bett B während des Zeitraumes 0— 1,0 Minuten. Bett A während des Zeitraumes 1,0 — 4.0 Minuten und Bett B wahrend des Zeitraumes 4,0 — 6,0 Minuten. Entsprechend ist der Strom des Endproduktes in die Abnahmeleitiing kontinuierlich.One sees from Fig. 14. el a 1.1 at any point in time one of the adsorbing beds releases gas into the collecting line 212 for the methane freed from impurities at constantly changing pressure, namely as follows: bed B during the period 0-1 , 0 minutes. Bed A during the period 1.0-4.0 minutes and Bed B during the period 4.0-6.0 minutes. Accordingly, the flow of the end product into the acceptance line is continuous.
jeder Verfahrensschritt in dem Zvklus des Bettes A loll jetzt beschrieben werden in Verbindung mit jenen Teilen der Fig. 13. die bei den Änderungen des Zyklus beteiligt sind. Hierbei sind auch Drücke für dieses Verfahren zum Reinigen von Methan unter Verwendung von Kieselgel als Adsorptionsmittel, als Enddrücke Ungegeben.each process step in the bed A cycle will now be described in connection with those parts of Figure 13 involved in changing the cycle. The pressures for this process for purifying methane using silica gel as adsorbent are also not given as final pressures.
Niedrigster Druck
Niedrigster Zwischendruck
Ausgleichsdruck
Höherer Zwischendruck
Höchster Zwischendruck
Höchster DruckLowest pressure
Lowest intermediate pressure
Equalizing pressure
Higher intermediate pressure
Highest intermediate pressure
Highest pressure
1.75 kp/cm2
4,20 kp/cm2
5,60 kp/cm2
6,65 kp/cm2
7,35 kp/cm2
8,05 kp/cm2 1.75 kgf / cm 2
4.20 kg / cm 2
5.60 kg / cm 2
6.65 kg / cm 2
7.35 kg / cm 2
8.05 kg / cm 2
Zeit 0 — 0,5: Im Bett A wird der Druck erhöht von dem niedrigsten Druck im Verfahren von etwa 1.75kp/cm: Iu dem Ausgleichsdruck von 5,60 kp/cm2. und im Bett B wird der Druck ausgeglichen. Das Ventil 215,4 ist offen und die Ventile 217.4 und 218,4 sind geschlossen. Frischgas wird in das Bed ,4 durch sein Einlaßende aus der Sammelleitung 211 durch das Ventil 215Λ eingeführt, und von Verunreinigungen befreites Methan tus der Sammelleitung 212 wird gleichzeitig eingeführt dlurch das Ventil 216/4 in das Auslaßende des Bettes A. Das letztere Gas stammt aus dem Bett B durch den Druckausgleich durch das Ventil 2195, das Ventil 216S und strömt anschließend durch die Ventile 216.4 und das Ventil 219,4 in das Bett A. in dem Bett B wird im Gleichstrom der Druck herabgesetzt während dieses Zeitabschnittes, und die Strömung dauert etwa 0,5 Minuten, bis der Druck zwischen den ßptten A und B (iraktisch ausgeglichen ist bei etwa 5,60 kp/cm2. Während dieser Zeitdauer wird ein Teil des Gases aus dem Bett B als Endprodukt in die Sammelleitung 212 abgelassen.Time 0-0.5: In bed A the pressure is increased from the lowest pressure in the process of about 1.75 kp / cm : Iu to the equalization pressure of 5.60 kp / cm 2 . and in bed B the pressure is equalized. The valve 215.4 is open and the valves 217.4 and 218.4 are closed. Fresh gas is introduced into bed 4 through its inlet end from manifold 211 through valve 215Λ, and contaminated methane from manifold 212 is simultaneously introduced dl through valve 216/4 into the outlet end of bed A. The latter gas originates from bed B by pressure equalization through valve 2195, valve 216S and then flows through valves 216.4 and valve 219.4 into bed A. In bed B , the pressure is depressurized cocurrently during this period and the flow continues about 0.5 minutes is balanced Iraq table until the pressure between the ßptten a and B (at about 5,60 kp / cm 2. During this time, a part of the discharged gas from the bed B as the end product in the collecting line 212th
Zeit 0,5—1,0: Das Ventil 216,4 ist jetzt geschlossen «nd Frischgps gelangt während weiterer 0,5 Minuten in das Bett A. wo ein höherer zwischenzeitlicher Druck von etwa 6,65 kp/cm2 eingestellt wird. Gleichzeitig w.rd die Druckherabsetzung in dem Bett B im Gleichstrom fortgesetzt und das gesamte von Verunreinigungen befreite Methan hieraus wird als Endprodukt abgelassen in die Sammelleitung 212. Während dieser Periode nimmt der Druck im Bett B von 5,60 kp/cm2 (Druckausgleich) auf 4,20 kp/cm2 (niedrigster Zwischendruck) ab. Während des Druckausgleiches und der Druckherabsetzung im Gleichstrom im Bett B wandert die Adsorptionsfront der Verunreinigungen gegen das Ausiaßende des Bettes und hat zu diesem Zeitpunkt das Auslaßende erreicht, so daß ein Durchbruch droht. Infolgedessen darf nicht länger gasförmiges reines Endprodukt in die Sammelleitung 212 gelangen und das Ventil 216ß wird geschlossen. Um den Strom des gasförmigen Endproduktes nicht zu unterbrechen, muß gasförmiges Endprodukt aus dem Bett A kommen, und gelangt aus diesem letzteren während des Restes des Zeitraumes für die Druckheraufsetzung.Time 0.5-1.0: The valve 216.4 is now closed and the fresh gps enters bed A for a further 0.5 minutes, where a higher intermittent pressure of about 6.65 kp / cm 2 is set. Simultaneously, the depressurization in bed B continues in cocurrent and all of the methane freed from impurities is discharged as end product into the manifold 212. During this period the pressure in bed B increases from 5.60 kp / cm 2 (pressure equalization) to 4.20 kp / cm 2 (lowest intermediate pressure). During the pressure equalization and the pressure reduction in cocurrent in bed B , the adsorption front of the impurities migrates towards the outlet end of the bed and at this point has reached the outlet end, so that a breakthrough threatens. As a result, gaseous pure end product is no longer allowed to reach the manifold 212 and the valve 216ß is closed. In order not to interrupt the flow of the gaseous end product, gaseous end product must come from bed A , and pass from this latter during the remainder of the period for the pressurization.
Zeil 1,0—1,5: Das Ventil 2<6.4 wird wieder geöffnet und Endprodukt strömt aus dem Ben 4 in die Sammelleitung 212. Das ist der erste Teil des Verfahrensschrittes zur Adsorption unter wachsenden Druck in dem Bett .4. wobei der Druck dort von 6,65 kp/cm2 (höherer Zwischendruck) auf 7.35 kp/cm-' (höchster Zwischendruck) steigt. Gleichzeitig wird das Ventil 218«geöffnet, das Ablaßventil 225 für das Abgas geschlossen und in dem Bett /iwird im (jegensirom der Druck herabgesetzt durch das Ausiaßende auf etwa 1,75 kp/cm2. dem niedrigsten Druck wahrend des Verfahrens.Line 1.0-1.5: The valve 2 <6.4 is opened again and the end product flows out of the Ben 4 into the collecting line 212. This is the first part of the process step for adsorption under increasing pressure in the bed .4. the pressure there from 6.65 kp / cm 2 (higher intermediate pressure) to 7.35 kp / cm- '(highest intermediate pressure) increases. At the same time, the valve 218 'is opened, the discharge valve 225 for the exhaust gas is closed and the pressure in the bed is reduced by the outlet end to about 1.75 kg / cm 2, the lowest pressure during the process.
Zeit 1.5 — 3,0: Hierbei findet in dem restlichen Teil des Bettes A unter zunehmendem Druck die Adsorption statt, wobei der Druck in dem Ben von 7.35 kp/cm2 (höchster Zwischendruck) auf 8,05 kp/cm2 (höchster Druck) ansteigt. Die Ventile 217Ö und 225 sind geöffnet. und ein Teil des von Verunreinigungen befreiten Gases aus dem Bett A strömt durch die Ventile 223. 224 und 217ßzum Spülen in das Bett B. Time 1.5-3.0: Here, adsorption takes place in the remaining part of bed A under increasing pressure, the pressure in the bed from 7.35 kp / cm 2 (highest intermediate pressure) to 8.05 kp / cm 2 (highest pressure ) increases. The valves 217Ö and 225 are open. and some of the contaminated gas from bed A passes through valves 223, 224 and 217 for purging into bed B.
Beim Beginn der Druckerhöhung im Ben .4 bei 0 — 0,5 Minuten durch das Einlaßende und das Auslaßende stellt sich eine Adsorptionsfront der Verunreinigungen für jede Verunreinigung in der Nähe des Einlaßendes ein. Diese Front bewegt sich fortschreitend gegen das Auslaßende während des Restes der Periode von 0,5 Minuten und während der anschließenden Erhöhung des Druckes für die ersten 3.0 Minuten des Z\klus. Am Ende dieser Periode verbleibt ein unbeladener Rest des Bettes zwischen der Adsorptionsfront und dem Auslaßende.At the beginning of the pressure increase in the Ben .4 at 0 - 0.5 An adsorption front of the impurities arises for minutes through the inlet end and the outlet end any contamination near the inlet end. This front is progressively moving against that Discharge ends for the remainder of the 0.5 minute period and during the subsequent increase of pressure for the first 3.0 minutes of the cycle. At the end of this period there remains an unloaded remainder of the Bed between the adsorption front and the outlet end.
Zeit 3,0—3,5: Das Ventil 215.4 wird geschlossen und das Ventil 216ßgeöffnet, und im Bett A beginnt jetzt der Ausgleich des Druckes, während aus dem Bett B nach wie vor Endprodukt ausströmt. Im Bett .4 wird im Gleichstrom der Druck herabgesetzt durch Ablassen von Gas aus dem Auslaßende. Da«; Gas strömt durch den unbeladenen Teil des Bettes, wo die verunreinigenden Bestandteile adsorbiert werden. Das austretende, von Verunreinigungen befreite Gas wird in zwei Teilen verwendet. Das Methan als Endprodukt strömt durch die Sammelleitung 212 zu der Verbraucherleitung stromabwärts von dem Ventil 221 mit einer solchen Geschwindigkeit, daß in der Verbraucherleitung ein geeigneter niedriger Druck von beispielsweise 1,60 kp/cm2 herrscht. Der größere Rest des von Verunreinigungen befreiten Gases strömt durch die Ventile 216ßund 219ßzu dem Auslaßende des Bettes B, um dort wenigstens !eilweise den Druck zu erhöhen. Aus dem Bett B sind vorher die Adsorbate weggespült worden und in ihm herrscht der niedrigste Druck des Verfahrens. Dieser Strom des von Verunreinigungen befreiten Gases aus dem Bett A in das Bett B dauert etwa 0,5 Minuten, bis in beiden Betten praktisch der gleiche Ausgleichsdruck von 5,6 kp/cm2 herrscht. Während dieses Verfahrensschrittes ist das Ventil 215Soffen und gleichzeitig wird der Druck in dem Bett B erhöht durch das Finlaßende mittels Frischgas aus der Sammelleitung 211.Time 3.0-3.5: The valve 215.4 is closed and the valve 216ß opened, and the pressure equalization now begins in bed A , while end product continues to flow out of bed B. Bed .4 is depressurized cocurrently by venting gas from the outlet end. There"; Gas flows through the unloaded part of the bed where the contaminating components are adsorbed. The emerging gas, which has been freed from impurities, is used in two parts. The methane as the end product flows through the manifold 212 to the consumer line downstream of the valve 221 at such a rate that a suitable low pressure of, for example, 1.60 kp / cm 2 prevails in the consumer line. Most of the remainder of the contaminated gas flows through valves 216 and 219 to the outlet end of bed B in order to at least partially increase the pressure there. The adsorbates have previously been flushed away from bed B and the lowest pressure of the process prevails in it. This flow of the gas, freed from impurities, from bed A into bed B takes about 0.5 minutes until practically the same equilibrium pressure of 5.6 kp / cm 2 prevails in both beds. During this process step, the valve 215 is open and at the same time the pressure in the bed B is increased through the outlet end by means of fresh gas from the manifold 211.
Zeit 3,5—4,0: Das Ventil 216ß wird geschlossen und zusätzliches von Verunreinigungen befreites Gas wird aus dem Auslaßende des Bettes A zur Druckherabsetzung im Gleichstrom auf etwa 4,20 kp/cm2 (niedriger zwischenzeitlicher Druck) abgelassen, wobei die gesamte Menge dieses Gases aus dem Bett A als Endprodukt abgezogen wird. Gleichzeitig wird die Zuführung von Frischgas durch das Einlaßende in das Bett B fortgesetzt, wobei der Druck in diesem Bett vonTime 3.5-4.0: Valve 216ß is closed and additional de-contaminated gas is vented from the outlet end of Bed A to depressurize cocurrently to about 4.20 kgf / cm 2 (lower intermittent pressure), the entire Amount of this gas is withdrawn from bed A as the end product. Simultaneously, the supply of fresh gas continues through the inlet end into bed B , the pressure in that bed being from
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5,bO kp/cmJ auf 6,65 kp/cm2 steigt.5, bO kgf / cm J increases to 6.65 kg / cm 2 .
Zeit 4,0 — 4.5: Im Bett A wird jetzt im Gegenstrom der Druck herabgesetzt bis auf den niedrigsten Druck des Verfahrens durch Schließen der Ventile 215.4 und 216.4. Öffnen des Ventils 218.4 und Schließen des Ventils 225. s so daß das Desorbat durch die Sammelleitung 214 für das Abgas abgelassen wird. Gleichzeitig wird das Ventil 2te/? geöffnet und von Verunreinigungen befreites Gas gelangt aus dem Ablaßende des Bettes /JaIs Endprodukt in die Sammelleitung 212 durch das Ventil 221. Das ist der erste Teil des Verfahrensschrittes zur Adsorption unter steigendem Druck in dem Bett S, wobei der Druck in dem Bett von 6,65 kp/cm3 auf 7,35 kp/cm2 steigt, wahrend das Frischgas unter Adsorption der Verunreinigungen durch das Bett hindurchströmt..Time 4.0-4.5: In bed A , the pressure is now reduced in countercurrent to the lowest pressure of the process by closing valves 215.4 and 216.4. Open the valve 218.4 and close the valve 225. s so that the desorbate is drained through the collecting line 214 for the exhaust gas. At the same time the valve 2nd /? opened and contaminated gas passes from the discharge end of the bed / JaI's end product into the manifold 212 through valve 221. This is the first part of the process step for adsorption under increasing pressure in bed S, the pressure in bed 6, 65 kp / cm 3 increases to 7.35 kp / cm 2 , while the fresh gas flows through the bed with adsorption of the impurities.
Zeit 4.3-6.0: Die Ventile 217,4 und 225 werden geöffnet und ein Teil des von Verunreinigungen befreiten Gases aus dem Bett B wird durch die Sammelleitung 212 und die Ventile 223 und 224 als Spülgas durch das Auslaßende in das Bett A zurückgeführt. Dieses Gus strömt im Gegenstrom zu dem Frischgas durch das Bett .4 und desorbieri das restliche Adsorbai. Das anfallende Abgas wird durch das Ventil 218.4 und die Sammelleitung 214 abgelassen. Gleichzeitig mit dem Durchspülen des Bettes A wird im Bett B der Verlahrensschriti zur Adsorption unter steigendem Druck fortgesetzt, bis in dem Bett ein Druck von 8,05 kp'cm- erreicht ist. dem höchsten Druck des Verfahrens. Zu diesem Zeitpunkt werden die Ventile 217.4 und 218.4 geschlossen, und in dem durchge-pülten Bett .4 kann jetzt die Erhöhung des Druckes entsprechend dem beschriebenen beginnen.4.3-6.0 Time: The valves 217.4 and 225 are opened and a portion of the impurities-gas from the bed B, the valves 223 and 224 back through the manifold 212 and as a purge gas through the outlet in the bed A. This cast flows in countercurrent to the fresh gas through the bed .4 and desorbs the remaining adsorbent. The resulting exhaust gas is discharged through the valve 218.4 and the collecting line 214. Simultaneously with the flushing of bed A , the process step for adsorption is continued under increasing pressure in bed B until a pressure of 8.05 kp'cm- is reached in the bed. the highest pressure of the process. At this point in time, the valves 217.4 and 218.4 are closed, and the pressure can now begin to increase in the flushed bed .4 as described.
Man kann beispielsweise bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch ein Frischgas verwenden, das Wasser unter der Sättigungsschwelle bei den Temperaturen und Drücken der Adsorption enthält. Zur weiteren Sicherung kann das zugeführte Gas hinsichtlich seines Wassergehaltes auch überhitzt werden, so daß der Taupunkt oder die Sättigungstemperatur bei dem Zuführungsdruck wenigstens etwa 10cC unter der Adsorptionstemperatur liegt. Der Grund hierfür liegt darin, daß Kieselgel bei Berührung mit flüssigem Wasser strukturell zerfällt, und daß durch Begrenzung des Feuchtigkeitsgehaltes sichergestellt wird, daß das adsorbierende Kieselgel seine Struktur am Einlaßende nicht verliert. Für einen weiteren Schutz gegen Schädigung durch Wasser kann man auch ein anderes Adsorptionsmittel als Kieselgel am Einlaßende von jedem Adsorptionsgefäß verwenden. Besonders geeignet ist eine geringe Menge von beispielsweise 5 Gew.-% der Gesamtmenge der Adsorptionsmittel eines anderen Adsorptionsmittel, wie Calciumzeolith A (5A Molecular Sieve) zu verwenden. Man kann statt dessen auch Muminiumoxyd zum Schutz gegen Feuchtigkeit an dem Einlaßende vorsehen.For example, in the process according to the invention, a fresh gas can also be used which contains water below the saturation threshold at the temperatures and pressures of adsorption. For further safety the supplied gas can also be overheated with regard to its water content, so that the dew point or the saturation temperature at the supply pressure is at least about 10 c C below the adsorption temperature. The reason for this is that silica gel structurally disintegrates on contact with liquid water, and that by limiting the moisture content it is ensured that the adsorbing silica gel does not lose its structure at the inlet end. An adsorbent other than silica gel can also be used at the inlet end of each adsorbent vessel for further protection against water damage. It is particularly suitable to use a small amount of, for example, 5% by weight of the total amount of the adsorbents of another adsorbent, such as calcium zeolite A (5A Molecular Sieve). Alternatively, aluminum oxide can be provided at the inlet end to protect against moisture.
Es ist schon darauf hingew iesen worden, daß w ährend des Verfahrensschrittes der Desorption bei diesem Verfahren die Verunreinigungen des Frischgases aus dem Bett aus Kieselgel in folgender Reihenfolge ausgewaschen werden: Zuerst Äthan, dann Kohlendioxyd und schließlich Propan. Das sind diejenigen drei Verunreinigungen, die in der Regel in größeren Mengen in Gemischen mit Methangas gefunden werden. Daraus geht hervor, daß bei dem Bau und dem Betrieb eines Stystems. bei welchem die Adsorptionsfront fur Äthan während der Druckherabsetzung im Gleichstrom innerhalb des Bettes gehalten wird, auch die Adsorptionsfronten der anderen Verunreinigungen notwendigerweise sich innerhalb des Bettes befinden müssen. Die Erfahrung hat gezeigt, daß diese Annahme richtig ist, wenn Verunreinigungen aus Kohlenwasserstoffen mit vier und mehr Kohlenstoffatomen im Molekül nur einen geringen Teil der gesainten Verunreinigungen aus Kohlenmwasserstoffen mit zwei und mehr Kohlenstoffatomen im Molekül bilden. Fine solche Zusammensetzung scheint charakteristisch zu sein für erhältliches Frischgas als Ausgangsstoff für die Gewinnung von Methan hoher Reinheit, da Kohlenwasserstoffe mit vier und mehr Kohlenstoffatomen im Molekül üblicherweise schon auf dem Gasfcld bis zu geringen Resten entfernt werden.It has already been pointed out that during the desorption process step in this process removes the impurities from the fresh gas washed out of the bed of silica gel in the following order: first ethane, then carbon dioxide and finally propane. Those are those three impurities that are usually found in larger quantities found in mixtures with methane gas. It follows that in the construction and operation of a Stystems. at which the adsorption front for ethane during the depressurization in cocurrent is kept within the bed, the adsorption fronts of the other impurities necessarily as well must be inside the bed. Experience has shown that this assumption is correct is when impurities from hydrocarbons with four or more carbon atoms in the molecule only a small part of the total impurities from hydrocarbons with two or more carbon atoms form in the molecule. Such a composition seems to be characteristic of what is available Fresh gas as a starting material for the production of methane of high purity, since hydrocarbons with four and more carbon atoms in the molecule are usually removed down to small residues on the gas surface will.
Versuche mit isothermer Adsorption haben gezeigt. daß aktiviertes Aluminiumoxyd gleichwertig dem Kieselgel ist bei der Entfernung von Kohlenwasserstoffen mit vier und mehr Kohlenstoffatomen im Molekül aus Methan. Tatsächlich kann Aluminiumoxyd gewisse Vorteile gegenüber dem Kieselgel bei der Entfernung von Kohlenwasserstoffen mit vier oder mehr Kohlenstoffatomen im Molekül mit sich bringen, weil weniger ausgeprägte Wirkungen der Wärme bei der Adsorption und Desorption auftreten. Infolgedessen können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Betten verwendet werden, die am Einlaßende Aiuminiumowd enthalten zur Adsorption von Bestandteilen aus Kohlenwasserstoffen mit vier oder mehr Kohlenstoffatomen im Molekül, während der Abschnitt mit .lern Kieselgel am Ausladende die nicht aus Kohlenwasserstoffen bestehenden Verunreinigungen und die Verbindungen mit zwei bis drei Kohlenstoffatomen im Molekül entfernt. Die Menge des für diesen Zweck vorgesehenen Aluminiumoxyds kann durch Versuche festgestellt werden und ist abhängig von dem Gehalt des Frischgases an Kohlenwasserstoffen mit vier und mehr Kohlenstoffatomen im Molekül, der zulässigen Menge solcher Kohlenwasserstoffe in dem Endprodukt, und den jeweiligen Drücken und Temperaturen. Der Abschnitt mit dem Aluminiumoxyd sollte aber nicht mehr als '/3 der gesamten Länge des Bettes ausmachen wobei der Abschnitt mit dem Silicagel wenigstens - i der gesamten Länge des Bettes ausmachen sollte, weil sonst die Fähigkeit des Verfahrens zum Entfernen von Kohlenwasserstoffen mit zwei Kohlenstoffatomen irr Molekül verschlechtert wird.Experiments with isothermal adsorption have shown. that activated alumina equivalent to that Silica gel is useful in removing hydrocarbons with four or more carbon atoms in the molecule from methane. Indeed, alumina may have certain advantages over silica gel in terms of removal of hydrocarbons with four or more carbon atoms in the molecule, because fewer pronounced effects of heat in adsorption and desorption occur. As a result, at the method according to the invention also beds are used, which at the inlet end Aiuminiumowd contain for the adsorption of components from hydrocarbons with four or more carbon atoms in the molecule, while the section with .lern silica gel at the projection end which is not made up of hydrocarbons existing impurities and the compounds with two to three carbon atoms in the molecule removed. The amount of aluminum oxide provided for this purpose can be determined by experiments and is dependent on the content of the fresh gas in hydrocarbons with four or more Carbon atoms in the molecule, the allowable amount of such hydrocarbons in the final product, and the respective pressures and temperatures. The section with the aluminum oxide shouldn't Make up more than 1/3 of the entire length of the bed the section with the silica gel should be at least - i the entire length of the bed, because otherwise the ability of the process to remove hydrocarbons with two carbon atoms is irr Molecule is deteriorated.
Wenn gleichzeitig Calciumzeolith A und Aluminium oxyd verwendet werden, so sollte das letztere stromabwärts von dem Calciumzeolith an dem Einlaß ende angebracht sein.If calcium zeolite A and aluminum oxide are used at the same time, the latter should be used be attached downstream of the calcium zeolite at the inlet end.
Erfindungsgemäß wird das Frischgas bei eine Temperatur von 10 bis 66° C, vorzugsweise von 21 bi 38°C eingeführt. In der Praxis kann es notwendig seir Mittel vorzusehen, um diese Temperatur einzustellei und zu regeln, insbesondere unter kalten klimatischei Bedingungen. Die F i g. 8 zeigt solche geeigneten Mitte wie einen Wärmeaustauscher 40 in der Leitung 10 fi> das Frischgas, der durch eine geeignete äußere Quell· erwärmt werden kann, z. B. durch Dampf oder eil heißes Verbrennungsgas. Auch eine thermische lsolie rung 41 kann an der Leitung 10 für das Frischga angeordnet sein und um die Einlaßventile M-ID zu Isolierung gegen eine kalte Außentemperatur. Nich abgebildet sind entsprechende thermische Isolierungei für das Ablaßende der Sammelleitungen 11. 15-18, 2C 21, 27. 29, 32 und 33. Wenn die Adsorptionsgefäße kiei sind mit einem verhältnismäßig großen Verhältnis vo Oberfläche zum Inhalt und wenn die Außentemperatu ren sehr niedrig sind, kann es erwünscht sein, einAccording to the invention, the fresh gas is at a temperature of 10 to 66 ° C, preferably of 21 bi 38 ° C introduced. In practice it may be necessary to provide means to adjust this temperature and to regulate, especially in cold climatic conditions. The F i g. 8 shows such suitable centers like a heat exchanger 40 in the line 10 fi> the fresh gas, which by a suitable external source can be heated, e.g. B. by steam or eil hot combustion gas. Also a thermal insulation tion 41 can be arranged on the line 10 for the fresh gas and to the inlet valves M-ID Insulation against a cold outside temperature. Not Corresponding thermal insulation for the discharge end of the manifolds 11. 15-18, 2C are shown 21, 27. 29, 32 and 33. When the adsorption vessels kiei are with a relatively large ratio of surface to content and if the outside temperature ren are very low, it may be desirable to have a
hermische Isolierung auch um die Adsorptionsgefäße lerum anzubringen.Hermetic insulation also to attach the adsorption vessels to the lerum.
Nach einer weiteren Ausführungsform des erfin-Jungsgemäßen Verfahrens kann bei diesem das Durchspülen auch bewirkt werden durch einen Teil des als Endprodukt anfallenden Methans aus einem Bett während der Adsorption an Stelle der Herabsetzung des Druckes mittels von Verunreinigungen befreiten Methans, wie es oben beschrieben ist. Um eine gute Ausbeute an von Verunreinigungen befreiten Methan in einem solchen System zu erzielen, ist es vorteilhaft, zwei Verfahrensschritte zum Ausgleich des Druckes anzuwenden, um das im Gleichstrom verwendete Gas zur Herabsetzung des Druckes wirksam zu verwenden, wie die F i g. 7 es beschreibt. Nach den F i g. 7 und 8 kann das als Endprodukt gewonnene Methan praktisch dem Zuführungsdruck aus der Sammelleitung 11 durch die Leitung 27 mit den Ventilen 23 und 28 in die Leitung 29 zur Erhöhung des Druckes abgezweigt werden.According to a further embodiment of the method according to the invention, the flushing can also be effected by part of the methane obtained as an end product from a bed during adsorption instead of reducing the pressure by means of methane freed from impurities, as described above. In order to obtain a good yield of de-contaminated methane in such a system, it is advantageous to employ two steps to equalize the pressure in order to effectively use the gas used in cocurrent to depressurize, as shown in FIGS. 7 it describes. According to the F i g. 7 and 8, the methane obtained as the end product can be branched off practically the supply pressure from the collecting line 11 through the line 27 with the valves 23 and 28 into the line 29 to increase the pressure.
Die Sammelleitung 20 für das Spülgas wird dann gespeist mit Gas aus der Sammelleitung 29 für die Wiederherstellung des Druckes mittels e.ner n.ch; ibaebildeten Leitung, welche die beiden Sammelleitungen 20 und 29 verbindet. Auch das Ventil 22 zur Herabsetzung des Gasdruckes auf den niedrigen zumThe manifold 20 for the purge gas is then fed with gas from the manifold 29 for the Restoring the pressure using e.ner n.ch; iba-formed line, which the two collecting lines 20 and 29 connects. Also the valve 22 to reduce the gas pressure to the low to
s Durchspülen benötigten Druck würde dann von derThe pressure would then be required by the flushing
' Sammelleitung 20 in die neue Verbindungsweg versetzt werden.'Collecting line 20 in the new connection path be moved.
Bei einer weiteren Ausführungsform können die durchgespülten adsorbierenden Betten wenigstensIn a further embodiment, the flushed adsorbent beds at least
,o teilweise unter höheren Druck gesetzt werden mittels vor. Verunreinigungen befreiten Methan, das am Einlaßende des Bettes eingeführt wird an Stelle des Auslaßendes, wie es oben beschrieben ist. Die notwendigen Änderungen der Strömungen h.erfür sine, o are partially put under higher pressure by means of before. Impurities liberated methane, which is introduced at the inlet end of the bed in place of the Discharge end as described above. the necessary changes in the currents h.er for sine
, s einem Fachmann klar. Es sei bemerkt, daß d.e Erhöhung des Druckes durch das Finlaßende nicht genügt, wem ein Endprodukt der höchst möglichen Reinheit gewon nen werden soll. Man kann dieses Verfahren abei anwenden, wenn Methan geringerer Reinheit vor, s clear to a professional. It should be noted that the increase the pressure from the end of the end is not enough for whom an end product of the highest possible purity is to be obtained. One can do this procedure use if methane of lower purity is present
>o Beispielsweise 99% genügt.> o For example 99% is sufficient.
Hierzu 1? Blatt ZeichnungenFor this 1? Sheet drawings
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