DE10207517A1 - Thermal regeneration process for a solid bed adsorber used in e.g. cryogenic air separation plants uses a recuperator which is heated by combustion gases from an oil or gas burner - Google Patents
Thermal regeneration process for a solid bed adsorber used in e.g. cryogenic air separation plants uses a recuperator which is heated by combustion gases from an oil or gas burnerInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren eines beladenen Adsorbers mittels eines Regeneriergasstromes, wobei dieser vor der Zuführung in den beladenen Adsorber zumindest zeitweilig in wenigstens einem Wärmespeicher erwärmt wird. The invention relates to a method for regenerating a loaded adsorber by means of a regeneration gas stream, this before being fed into the loaded one Adsorber is at least temporarily heated in at least one heat accumulator.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Regenerieren eines beladenen Adsorbers mittels eines Regeneriergasstromes, aufweisend wenigstens einen Wärmespeicher, in dem der Regeneriergasstrom vor seiner Zuführung in den beladenen Adsorber erwärmt wird, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines für die Aufheizung des Wärmespeichers erforderlichen Heizgases, Leitungen, über die der Regeneriergasstrom und das Heizgas dem Wärmespeicher zu- und abgeführt werden, sowie Leitungen, über die der durch den Wärmespeicher geführte Regeneriergasstrom dem oder den Adsorbern zugeführt wird. The invention further relates to a device for regenerating a loaded one Adsorbers by means of a regeneration gas stream, having at least one Heat storage in which the regeneration gas flow before it is fed into the loaded adsorber is heated, a device for generating one for the Heating of the heat storage required heating gas, lines through which the Regeneration gas flow and the heating gas are fed to and removed from the heat accumulator, as well as lines through which the regeneration gas flow led through the heat accumulator is supplied to the adsorber or adsorbers.
Gattungsgemäße Verfahren und Vorrichtungen zum Regenerieren eines beladenen Adsorbers sind hinlänglich bekannt. Sie kommen beispielsweise bei dem einer kryogenen Luftzerlegungsanlage vorgeschalteten Adsorptionsprozess, der der Reinigung der zu zerlegenden Luft vor deren Eintritt in den kryogenen Zerlegungsprozess dient, zur Anwendung. Da es erforderlich ist, das bzw. die Adsorptionsmittel nach einiger Zeit zu regenerieren, werden im Regelfall wenigstens zwei parallel angeordnete Adsorber vorgesehen. Dadurch wird erreicht, dass ein Adsorber regeneriert werden kann, während sich der andere Adsorber in der Adsorptionsphase befindet. Generic methods and devices for regenerating a loaded Adsorbers are well known. For example, you come to one cryogenic air separation plant upstream adsorption process, which the Purification of the air to be separated before it enters the cryogenic Disassembly process is used for application. Since it is required that Regenerating adsorbents after some time is usually at least two adsorbers arranged in parallel are provided. This ensures that a Adsorber can be regenerated while the other adsorber is in the Adsorption phase is located.
Eine der Möglichkeiten, einen beladenen Adsorber zu regenerieren - unter dem Begriff "beladener Adsorber" sei hierbei ein Adsorber zu verstehen, bei dem die Aufnahmekapazität des oder der Adsorptionsmittel im Wesentlichen erschöpft ist - besteht darin, einen Regeneriergasstrom durch das bzw. die Adsorptionsmittel des zu regenerierenden Adsorbers zu führen. Hierbei kann der Regeneriergasstrom im Gleich- und/oder Gegenstrom durch den zu regenerierenden Adsorber geführt werden. One of the ways to regenerate a loaded adsorber - under the term "Loaded adsorber" is to be understood here as an adsorber in which the Absorption capacity of the adsorbent (s) is essentially exhausted - consists of a regeneration gas flow through the or the adsorbent lead regenerating adsorber. The regeneration gas flow can and / or countercurrent through the adsorber to be regenerated.
Als Regeneriergasstrom muss ein Gas oder Gasgemisch verwendet werden, das die aus dem oder den Adsorptionsmitteln auszutreibende(n) Komponent(en) nicht oder zumindest nur in geringen Mengen enthält. Bei einem einer kryogenen Luftzerlegungsanlage vorgeschalteten Adsorptionsprozess wird ein Abfall- oder Nebenproduktstrom aus der Luftzerlegungsanlage - also z. B. ein Stickstoffreicher Strom - als Regeneriergasstrom herangezogen. A gas or gas mixture must be used as the regeneration gas stream component (s) to be expelled from the adsorbent (s) or not contains at least only in small amounts. With a cryogenic Air separation plant upstream adsorption process becomes a waste or By-product stream from the air separation plant - e.g. B. a nitrogen rich Electricity - used as regeneration gas flow.
Ein üblicher Regeneriervorgang läuft beispielsweise folgendermaßen ab: Nach Beendigung der Adsorptionsphase und der Unterbrechung der Zuführung des zu reinigenden Gasstromes, wird der Regeneriergasstrom - üblicherweise in entgegengesetzter Richtung zu dem zu reinigenden Gasstrom (Gegenstromverfahrensweise) durch den zu regenerierenden Adsorber - geleitet. Der Regeneriergasstrom wird hierzu mittels eines Erhitzers auf die erforderliche Regeneriergas-Temperatur, die im Regelfall zwischen 150 und 200°C liegt, aufgeheizt. Nach etwa einem Drittel der gesamten Regenerierzeit wird der Regeneriergasstrom für die restliche Zeit unaufgeheizt durch den zu regenerierenden Adsorber geleitet. Nach Beendigung der Regenerierung ist der Adsorber betriebsbereit und kann wieder in die Adsorptionsphase geschaltet werden. A typical regeneration process takes place as follows, for example: End of the adsorption phase and the interruption of the supply of the purifying gas stream, the regeneration gas stream - usually in opposite direction to the gas stream to be cleaned (Counterflow method) through the adsorber to be regenerated. The Regenerating gas flow is brought to the required level by means of a heater Regeneration gas temperature, which is usually between 150 and 200 ° C, heated. After about a third of the total regeneration time, the regeneration gas flow for the rest of the time passed unheated through the adsorber to be regenerated. To When the regeneration is complete, the adsorber is ready for operation and can be returned to the Adsorption phase are switched.
Das Aufheizen des Regeneriergasstromes erfolgt bisher in Elektro-, Dampf- oder gasbefeuerten Erhitzern. Lediglich beim Einsatz von Elektroerhitzern wird gelegentlich - um die Anschlussleistung des Erhitzers möglichst gering zu halten - ein Wärmespeicher eingesetzt. Dieser Wärmespeicher hat den Vorteil, dass die pro Adsorption/Regenerier-Zyklus erforderliche Regenerierenergie - mit Ausnahme der Umschaltzeiten - gleichmäßig auf den gesamten Zyklus verteilt werden kann. The regeneration gas stream has so far been heated in electric, steam or gas-fired heaters. Only occasionally when using electric heaters - to keep the connected load of the heater as low as possible - on Heat storage used. This heat storage has the advantage that the pro Adsorption / regeneration cycle required regeneration energy - with the exception of Switching times - can be distributed evenly over the entire cycle.
Kommt nunmehr ein erdgasbefeuerter Erhitzer zur Anwendung, muss zum Zwecke des Wärmeaustausches zwischen dem Heizgas aus dem erdgasbefeuerten Erhitzer und dem Regeneriergasstrom ein Wärmetauscher verwendet werden. Derartige Wärmetauscher sind doch vergleichsweise teuer, da sie einerseits wegen einer guten Wärmenutzung des Heizgases eine große Heizfläche benötigen und andererseits der zur Verfügung stehende Druckverlust vergleichsweise gering ist. If a natural gas-fired heater is now used, the Heat exchange between the heating gas from the natural gas fired heater and a heat exchanger can be used for the regeneration gas flow. such Heat exchangers are comparatively expensive because they have a good one Heat use of the heating gas need a large heating surface and on the other hand the available pressure loss is comparatively low.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Regenerieren eines beladenen Adsorbers mittels eines Regeneriergasstromes anzugeben, das bzw. die die vorgenannten Nachteile vermeiden. The object of the present invention is a generic method and a Generic device for regenerating a loaded adsorber specify a regeneration gas stream, the or the aforementioned disadvantages avoid.
Verfahrensseitig wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der oder die Wärmespeicher mittels eines aus einem Gas- und/oder Öl-befeuerten Brenner stammenden Heizgases aufgeheizt werden. On the procedural side, this object is achieved in that the heat accumulator (s) by means of a heating gas originating from a gas and / or oil-fired burner be heated.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorrichtung zur Erzeugung eines für die Aufheizung des Wärmespeichers erforderlichen Heizgases als ein Gas- und/oder Öl-befeuerter Brenner ausgebildet ist. The device according to the invention is characterized in that the device to generate a heating gas required for heating the heat accumulator is designed as a gas and / or oil-fired burner.
Das erfindungsgemäße Verfahren weiterbildend wird vorgeschlagen, dass dem aus dem Gas- und/oder Öl-befeuerten Brenner stammenden Heizgas ein O2-enthaltendes Gasgemisch, insbesondere Luft, zugemischt wird. Further developing the method according to the invention, it is proposed that an O 2 -containing gas mixture, in particular air, be admixed with the heating gas originating from the gas and / or oil-fired burner.
Des Weiteren sollte - sofern dies erforderlich ist - das Heizgas vor der Zuführung in den Wärmespeicher von unerwünschten Komponenten, insbesondere von Ruß, gereinigt werden. Furthermore, if necessary, the heating gas should be in before the heat storage of undesired components, especially soot, getting cleaned.
Das erfindungsgemäße Verfahren weiterbildend wird ferner vorgeschlagen, dass zumindest zeitweilig lediglich ein Teilstrom des dem beladenen Adsorber zugeführten Regeneriergasstromes in wenigstens einem Wärmespeicher erwärmt wird. Further developing the method according to the invention it is further proposed that at least temporarily only a part of the stream of the loaded adsorber Regeneration gas stream is heated in at least one heat accumulator.
Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kommt in vorteilhafter Weise dann zur Anwendung, wenn der Wärmespeicher so dimensioniert ist, dass er durch das Heizgas auf eine Temperatur aufgeheizt wird, die zu einer zu hohen Temperatur des Regeneriergasstromes führen würde. In diesem Fall wird ein Teilstrom des Regeneriergasstromes durch den Wärmespeicher geleitet, während der restliche Regeneriergasteilstrom an dem Wärmespeicher vorbeigeführt und anschließend mit dem erhitzten Teilstrom des Regeneriergasstromes noch vor der Zuführung in den beladenen Adsorber vereinigt wird. Mittels dieser Verfahrensweise kann dann wieder die gewünschte Temperatur des Regeneriergasstromes beim Eintritt in den beladenen Adsorber eingestellt werden. This embodiment of the method according to the invention comes in an advantageous manner to be used when the heat accumulator is dimensioned so that it The heating gas is heated to a temperature that is too high of the regeneration gas flow would lead. In this case, a partial flow of Regeneration gas flow passed through the heat storage, while the rest Regenerating gas flow past the heat accumulator and then with the heated partial stream of the regeneration gas stream before being fed into the loaded adsorber is combined. This procedure can then be used again the desired temperature of the regeneration gas flow when entering the loaded Adsorber can be set.
Das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie weitere Ausgestaltungen des- bzw. derselben seien nachfolgend anhand der in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. The method according to the invention, the device according to the invention and further refinements of the same or the same are explained below with reference to the exemplary embodiments illustrated in FIGS. 1, 2 and 3.
Auf die in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Ventile, die nicht mit Bezugsziffern versehen sind, wird im Folgenden nicht näher eingegangen, da deren Funktionen dem Fachmann geläufig sind. The valves shown in FIGS . 1, 2 and 3, which are not provided with reference numbers, are not discussed in more detail below, since their functions are familiar to the person skilled in the art.
Die Fig. 1 zeigt einen Adsorptionsprozess, der zwei Adsorber A1 und A2 aufweist. Ferner dargestellt sind ein Wärmespeicher W, ein Gas- oder Ölbrenner B, ein Luftgebläse V sowie ein optional vorzusehender Rußfilter F. Fig. 1 shows an adsorption process, the two adsorbers A1 and A2 has. Also shown are a heat accumulator W, a gas or oil burner B, an air blower V and an optional soot filter F.
Dem Gas- oder Ölbrenner B wird über Leitung 1 das gewünschte Brennmittel zugeführt. Zusätzlich wird dem Brenner B über Leitung 2, in der das erwähnte Luftgebläse V angeordnet ist, die Menge an Luft zugeführt, die zum Aufladen des Wärmespeichers W auf die gewünschte Temperatur erforderlich ist. Das im Brenner B erzeugte Luft-Brenngasgemisch - nachfolgend als Heizgas bezeichnet - für den Wärmespeicher W wird über die Leitungen 3 und 4 dem Wärmespeicher W zugeführt. Wie bereits erwähnt, kann optional ein, in gestrichelt dargestellter Rußfilter F vorgesehen werden. Leitung 3' dient der Abgabe von im Brenner B erzeugten Heizgases während der Anfahrphase des Brenners B. Das dem Wärmespeicher W zugeführte Heizgas wird nach seiner Abkühlung im Wärmespeicher W über die Leitungen 5 und 6 abgezogen und ggf. einer weiteren Verwendung zugeführt. The desired fuel is supplied to the gas or oil burner B via line 1 . In addition, the burner B is fed via line 2 , in which the mentioned air blower V is arranged, the amount of air which is required to charge the heat accumulator W to the desired temperature. The air-fuel gas mixture generated in burner B - hereinafter referred to as heating gas - for the heat accumulator W is fed to the heat accumulator W via lines 3 and 4 . As already mentioned, a soot filter F, shown in dashed lines, can optionally be provided. Line 3 'is used to discharge the heating gas generated in burner B during the start-up phase of burner B. The heating gas supplied to heat accumulator W is drawn off via lines 5 and 6 after it has cooled in heat accumulator W and, if necessary, is used for further use.
Wird einer der Adsorber A1 bzw. A2 nunmehr in die Regenerierphase geschaltet, so wird der über Leitung 7 herangeführte Regeneriergasstrom zunächst über die Leitungen 8 und 5 dem mittels des Heizgases aufgeheizten Wärmespeicher W zugeführt und in diesem auf die gewünschte Regeneriergastemperatur aufgeheizt. Der so erhitzte Regeneriergasstrom wird anschließend über die Leitungen 4, 9 und 10 dem zu regenerierenden Adsorber A1 oder A2, aus dem er die adsorbierte(n) Komponente(n) bzw. Verunreinigung(en) austreibt, zugeführt. Die Abführung des Regeneriergasstromes aus den Adsorbern A1 bzw. A2 erfolgt über Leitung 11. If one of the adsorbers A1 or A2 is now switched to the regeneration phase, the regeneration gas stream supplied via line 7 is first fed via lines 8 and 5 to the heat accumulator W heated by the heating gas and heated to the desired regeneration gas temperature in this. The regeneration gas stream heated in this way is then fed via lines 4 , 9 and 10 to the adsorber A1 or A2 to be regenerated, from which it drives off the adsorbed component (s) or impurity (s). The regeneration gas stream is removed from the adsorbers A1 and A2 via line 11 .
Ab dem Zeitpunkt, ab dem der Regeneriergasstrom nicht mehr durch den Wärmespeicher W geführt wird, erfolgt die Zuführung des Regeneriergasstromes zu dem regenerierten und nun abzukühlenden Adsorber A1 oder A2 unmittelbar über die Leitungen 7 und 10. Hierbei kann zumindest kurzzeitig ein Teilstrom des Regeneriergasstromes über die Leitungen 9 und 4 dem Wärmespeicher W zum Zwecke des Spülens zugeführt werden. Nach Beendigung dieses Spülens kann der Wärmespeicher W dann wieder mittels des durch ihn geführten Regeneriergasstromes aufgeladen werden. From the point in time at which the regeneration gas flow is no longer passed through the heat store W, the supply of the regeneration gas flow to the regenerated adsorber A1 or A2, which is now to be cooled, takes place directly via the lines 7 and 10 . Here, at least briefly, a partial stream of the regeneration gas stream can be fed via lines 9 and 4 to the heat accumulator W for the purpose of purging. After this flushing has ended, the heat accumulator W can then be recharged again by means of the regeneration gas stream guided through it.
Die in der Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der in der Fig. 1 Dargestellten dadurch, dass eine zusätzliche Leitung 8' vorgesehen ist, über die ein Teilstrom des Regeneriergasstromes an dem Wärmetauscher W vorbeigeführt werden kann. Somit wird derjenige Teilstrom des Regeneriergasstromes, der in dem Wärmespeicher W erhitzt wird, über die Leitung 5 dem Wärmespeicher W zugeführt, während der nichterhitzte Teilstrom über Leitung 8' an dem Wärmespeicher W vorbeigeführt wird. The embodiment of the invention shown in FIG. 2 differs from that shown in FIG. 1 in that an additional line 8 ′ is provided, via which a partial stream of the regeneration gas stream can be led past the heat exchanger W. The partial stream of the regeneration gas stream which is heated in the heat store W is thus supplied to the heat store W via line 5 , while the unheated partial stream is conducted past the heat store W via line 8 '.
Der durch den Wärmespeicher W geführte Regeneriergasteilstrom wird aus dem Wärmespeicher W über die Leitungen 4 und 9 abgezogen und mit dem nicht durch den Wärmespeicher W geführten Regeneriergasteilstrom in Leitung 8' zusammengeführt. Mittels dieser Ausführungsform kann somit die Temperatur des Regeneriergasstroms - unabhängig von der Temperatur, die im Wärmespeicher W herrscht und mit der der durch den Wärmespeicher W geführte Regeneriergasteilstrom den Wärmespeicher W verlässt - eingestellt werden. The partial regeneration gas flow led through the heat accumulator W is withdrawn from the heat accumulator W via lines 4 and 9 and is combined with the partial regeneration gas flow not led through the heat accumulator W into line 8 '. By means of this embodiment, the temperature of the regeneration gas stream can thus be set - regardless of the temperature prevailing in the heat accumulator W and at which the regeneration gas flow passed through the heat accumulator W leaves the heat accumulator W.
Bei der in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind anstelle des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Wärmespeichers W nunmehr zwei separate Wärmespeicher W1 und W2 vorgesehen. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, dass zu jedem Zeitpunkt wenigstens einer der beiden Wärmespeicher W1 oder W2 einen Regeneriergasstrom erhitzen kann, während der andere Wärmespeicher W1 bzw. W2 aufgeladen werden kann. In the embodiment of the invention shown in FIG. 3, two separate heat stores W1 and W2 are now provided instead of the heat store W shown in FIGS. 1 and 2. This configuration enables at least one of the two heat stores W1 or W2 to heat a regeneration gas stream at any time, while the other heat store W1 or W2 can be charged.
Mittels dieser Ausgestaltung ist die ununterbrochene Bereitstellung eines erhitzten Regeneriergasstromes möglich. Dies ist im Falle der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen nicht der Fall, da bei diesen Ausführungsformen entweder der Wärmespeicher W durch das Heizgas aufgeladen wird oder aber die in ihm gespeicherte Wärme an einen Regeneriergas(teil)strom abgegeben wird. With this configuration, the uninterrupted provision of a heated regeneration gas stream is possible. This is not the case in the case of the embodiments shown in FIGS. 1 and 2, since in these embodiments either the heat accumulator W is charged by the heating gas or the heat stored in it is given off to a regeneration gas (partial) stream.
Die in der Fig. 3 dargestellte Ausführungsform erfordert jedoch einen erhöhten Aufwand an Leitungen, da die Zu- und Abführleitungen für das Heizgas sowie den Regeneriergas(teil)strom jeweils zweifach vorgesehen werden müssen. Auch die Anzahl der den Wärmespeichern W1 und W2 zugeordneten Ventile erhöht sich bei dieser Ausführungsform. The embodiment shown in FIG. 3, however, requires an increased outlay on lines, since the supply and discharge lines for the heating gas and the regeneration gas (partial) flow must be provided twice. The number of valves assigned to the heat accumulators W1 and W2 also increases in this embodiment.
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