DD219952A1 - PROCESS FOR THE PARTIAL CLEANING OF GASES - Google Patents

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DD219952A1
DD219952A1 DD25524983A DD25524983A DD219952A1 DD 219952 A1 DD219952 A1 DD 219952A1 DD 25524983 A DD25524983 A DD 25524983A DD 25524983 A DD25524983 A DD 25524983A DD 219952 A1 DD219952 A1 DD 219952A1
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Claus Elle
Uwe Harms
Siegfried Horn
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Claus Elle
Uwe Harms
Siegfried Horn
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  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur partiellen Reinigung von Gasen, insbesondere von methanhaltigen Naturgasen. Reinigungsprinzip ist die Adsorption. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines kostenguenstigen, energetisch und apparativ minderaufwendigen Verfahrens zur Abtrennung von Wasserdampf, Schwefelverbindungen und Ammoniak aus einem Gasgemisch, das noch Methan und Kohlendioxid enthaelt. Erfindungsgemaess wird das erreicht, indem in verschiedenen Schichten umschaltbarer Adsorptionsapparate, der Wasserdampf, die Schwefelverbindungen und das Ammoniak zurueckgehalten werden. Schichtenanteile und -zusammensetzung sowie Zustandsangaben fuer Ad- und Desorption werden in Verbindung mit Spuelgasart, -menge und -wiederverwendung dargelegt.The invention relates to a process for the partial purification of gases, in particular of methane-containing natural gases. Cleaning principle is the adsorption. The aim and object of the invention is to provide a cost-effective, energetically and in terms of apparatus less expensive process for the separation of water vapor, sulfur compounds and ammonia from a gas mixture which still contains methane and carbon dioxide. According to the invention, this is accomplished by retaining in various layers of switchable adsorption apparatus, water vapor, sulfur compounds and ammonia. Layer proportions and composition as well as state data for adsorption and desorption are set out in connection with the type, amount and reuse of the spuelur gas.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft das Gebiet der adsorptiven Gastrennung, insbesondere methanhaltiger Naturgase.The invention relates to the field of adsorptive gas separation, in particular methane-containing natural gases.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen . -Characteristic of the known technical solutions. -

Bekannt sind Verfahren zur Entschwefelung von Gasgemischen mittels Raseneisenerz. Diesem Verfahren haftet als Verschleißprozeß noch der Nachteil an, daß der Restgehalt an Schwefelverbindungen nach der partiellen Reinigung von Biogas noch so hoch ist, daß in den nachgeschalteten Einrichtungen an metallischen Werkstoffen starke Korrosionserscheinungen auftreten.Methods are known for the desulfurization of gas mixtures by means of turf iron ore. This process is still liable as a wear process to the disadvantage that the residual content of sulfur compounds after the partial purification of biogas is still so high that severe corrosion phenomena occur in the downstream facilities of metallic materials.

Zum Stand der Technik zählen die sog. Gaswäschen in Verbindung mit nachgeschalteten Adsorptionsverfahren. Nachteile dieser Verfahren sind der hohe erforderliche Verfahrensdruck bei optimaler Fahrweise der physikalischen Gaswäschen (4 bis 10MPa), die dadurch bedingten Entspannungsverluste und der hohe Energie- und Investaufwand zur Regenerierung des Waschmittels. ,The prior art includes the so-called gas scrubbing in connection with downstream adsorption. Disadvantages of these methods are the high process pressure required with optimum driving of the physical gas scrubbing (4 to 10 MPa), the relaxation losses caused thereby and the high energy and investment costs for the regeneration of the detergent. .

Ziel der ErfindungObject of the invention

Es ist Ziel der Erfindung, ein ökonomisch günstiges Verfahren zur adsorptiven Entfernung der Verunreinigungen mit Ausnahme des Kohlendioxids aus methanhaltigen Gasen—insbesondere aus Biogas —anzubieten.It is an object of the invention to provide an economically favorable method for the adsorptive removal of impurities with the exception of carbon dioxide from methane-containing gases-in particular from biogas.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

^Aufgabe der Erfindung ist es, die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile zu verringern.The object of the invention is to reduce the disadvantages associated with the prior art.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem methanhaltiges Naturgas, das außer dem Methan noch Wasserdampf, Schwefelverbindungen, Kohlendioxid und Spuren von Ammoniak enthält, mit einer Temperatur von ca. 308K und einem.This object is achieved according to the invention by methane-containing natural gas, which in addition to the methane still contains water vapor, sulfur compounds, carbon dioxide and traces of ammonia, with a temperature of about 308K and a.

Druck von 2 bis 4kPa (Cl) durch einen Adsorber geführt wird, dessen Adsorptionsmittelben — in Strömungsrichtung gesehen — aus einer Schicht engporigen Kieselgels zur Bindung des Wasserdampfes und aus einer zweiten Schicht zeolithischen Molekularsiebs vom Typ Ca A mit 58 bis 64 Mol-Prozent Ca2+-lonen und/oder vom Typ Na X zur Aufnahme der Schwefelverbindungen und der NM3-Spuren besteht, wobei sich der Anteil dieser Schichten wie 1:5 verhält.Pressure of 2 to 4 kPa (Cl) is passed through an adsorber whose Adsorptionsmittelben - seen in the flow direction - from a layer of narrow-pore silica gel for binding the water vapor and from a second layer of zeolitic molecular sieve type Ca A with 58 to 64 mol percent Ca 2 + ions and / or of the type Na X to take up the sulfur compounds and the NM 3 traces, wherein the proportion of these layers as 1: 5 behaves.

In das Adsorptionsmittelbett sind Vorrichtungen zur indirekten Wärmeübertragung installiert, die beim anschließenden Regenerationsvorgang zur Temperaturerhöhung und nach Abschluß der Desorption zur Kühlung dienen.In the adsorbent bed devices for indirect heat transfer are installed, which are used in the subsequent regeneration process to increase the temperature and after completion of the desorption for cooling.

Die Desorption erfolgt in bekannter Weise mittels Temperaturerhöhung und Spülung mit Produktgas im Gegenstrom zur Beladestromrichtung, jedoch erfindungsgemäß mit einer Temperatur von ca. 523K und einer Spülgasmenge von höchstens drei Adsorbervolumen entsprechend dem Spülgasdruck. Unter diesen Voraussetzungen sollte der Spülvorgang spätestens im letzten Drittel der Aufheizzeit beginnen und über die gesamte Kühlphase andauern. Der Anteil des Spülgasstromes, der während der Kühlphase eingesetzt wird, gelangt in den Gasspeicher zurück.The desorption is carried out in a known manner by means of temperature increase and purging with product gas in countercurrent to the loading flow direction, but according to the invention with a temperature of about 523K and a purge gas of at most three adsorber according to the purge gas pressure. Under these conditions, the flushing process should begin at the latest in the last third of the heating time and continue throughout the entire cooling phase. The proportion of purge gas flow, which is used during the cooling phase, returns to the gas storage.

Ausführungsbeispiele ·Embodiments ·

Ein mögliches Ausführungsbeispiel wird nachstehend beschrieben.A possible embodiment will be described below.

Ein in einem Biogasreaktor anstehendes Gas mit einem Druck von 3kPa (Cl), welches bei 308K wasserdampfgesättigt ist und im wesentlichen noch ausA pending in a biogas reactor gas at a pressure of 3kPa (Cl), which is water vapor saturated at 308K and essentially still out

60,0 Voi.-Prozent CH4, 0,5Vol.-ProzentH2S, Methylmerkaptan,60.0 vol. Percent CH 4 , 0.5 vol. Percent H 2 S, methyl mercaptan,

39,0 Vol.-Prozent CO2, Dimethylsulfid39.0 vol. Percent CO 2 , dimethyl sulfide

200vpmNH3 200vpmNH 3

besteht, wird in einer Menge von 20 m3 i. N./h durch einen Adsorber von 0,286 m3 Inhalt geführt, der mit einem zweiten Adsorber gleicher Größe in zyklischer Vertauschung in den Phasen Adsorption und Desorption betrieben wird. Zunächst durchströmt das Rohgas eine Schicht engporiges Kieselgel der Type KE 1, in welcher es getrocknet wird und anschließend eine Schicht aus zeolithischem Molekularsieb vom Typ Na X, wobei die Schwefelverbindungen und Ammoniakspuren abgetrennt werden. Der Anteil dieser Schichten an der Gesamtschüttung verhält sich wie 1:5 (1 Anteil für das Kieselgel).is in an amount of 20 m 3 i. N./h performed by an adsorber of 0.286 m 3 content, which is operated with a second adsorber of the same size in cyclic permutation in the adsorption and desorption phases. First, the raw gas flows through a layer of narrow pore silica gel of the type KE 1, in which it is dried and then a layer of zeolitic molecular sieve of the type Na X, wherein the sulfur compounds and traces of ammonia are separated. The proportion of these layers in the total bed behaves as 1: 5 (1 share for the silica gel).

Kurz vor Erreichen des Durchbruchs, das ist bei einer Beladezeit von ca. einer Stunde, erfolgt die zyklische Vertauschung, womit die Desorption des zuvor beladenen Adsorbers beginnt. Über die in dem Adsorptionsmittelbett installierten Vorrichtungen wird die Schüttung bis auf ca. 523 K aufgeheizt. Spätestens im letzten Drittel der Aufheizzeit wird Produktgas nach dem nunmehr in Beladung befindlichen Adsorber entnommen und im Gegenstrom zur Beladestromrichtung durch die Schüttung geleitet. Dieses Spülgas wird mitsamt den Verunreinigungen aus dem Prozeß abgegeben. Der Spülgasanteil jedoch, der während der Kühlung (die mit den gleichen Vorrichtungen erfolgt wie die Aufheizung) das Adsorberbett durchströmt, wird in den Biogasspeicher zurückgeführt. Die gesamte Spülgasmenge beträgt höchstens das Dreifache eines Adsorbervolumens bei Spülgasdruck,' das sind bei 0,286m3 und ca. 3kPa (Cl) ca. 0,3m3, wovon — wie vorstehend beschrieben — ein Teil zurückgeführt wird.Shortly before reaching the breakthrough, which is at a loading time of about one hour, the cyclic permutation, whereby the desorption of the previously loaded adsorber begins. About the installed in the adsorbent bed devices, the bed is heated up to about 523 K. At the latest in the last third of the heating product gas is removed after the now in charge adsorber and passed in countercurrent to the loading direction through the bed. This purge gas is discharged together with the impurities from the process. However, the flushing gas fraction, which flows through the adsorber bed during cooling (which takes place with the same devices as the heating), is returned to the biogas storage tank. The total amount of purge gas is at most three times an adsorber volume at purge gas pressure 'are at 0.286m 3 and about 3kPa (Cl) about 0.3m 3 , of which - as described above - a portion is recycled.

-2- 255 249 O-2- 255 249 O

Ein anderes Ausführungsbeispiel wird für ein Gas gleicher Zusammensetzung, jedoch ohne organische aliphatische Schwefelverbindungen, für eine gleiche Reinigungsaufgabe beschrieben. Hierbei wird ein solches Rohgas bei 308K und unter einem Druck von 1 MPa in einer Menge von 20Om3 i. N./h durch einen Adsorber von 0,43 m3 Inhalt geführt, dessen erste Schicht wiederum aus engporigem Kieselgel der Type KE 1 besteht, dessen zweite Schicht jedoch auszeolithischem Molekularsieb vom Typ Ca A mit 58 bis 64 Mol-Prozent Oa2*-lonen gebildet wird und die Anteile der Schichten Kieselgel und Molsieb sich wie 1:8 verhalten. t : ;Another embodiment is described for a gas of the same composition, but without organic aliphatic sulfur compounds, for a similar cleaning task. In this case, such a crude gas at 308K and under a pressure of 1 MPa in an amount of 20Om 3 i. N./h passed through an adsorber of 0.43 m 3 content, whose first layer in turn consists of narrow-pored silica gel of the type KE 1, but whose second layer consists of zeolitic molecular sieve of the type Ca A with 58 to 64 mol% Oa 2 * - is formed and the proportions of the layers of silica gel and molecular sieve behave as 1: 8. t:;

Die Regenerierung kann wahlweise auf zwei Arten erfolgen.The regeneration can be done either in two ways.

— durch Temperaturerhöhung auf ca. 523 K und Spülung des Bettos. ; '- By raising the temperature to about 523 K and rinsing the Bettos. ; '

— Durch Druckabsenkung auf Werte zwischen 0,9MPa und Umgebungsdruck (wobei alle Zwischendrücke möglich sind) und Temperaturerhöhung aufca.523K und Spülung des Bettes. . , >- By lowering the pressure to values between 0.9MPa and ambient pressure (whereby all intermediate pressures are possible) and temperature increase aufca.523K and flushing of the bed. , ,>

Mit jeder dieser Regenerierungsarten wird eine ausreichende Desorption bewirkt und für jede gilt, daß die Spülung im Gegenstrom zur Beladestromrichtung erfolgt, daß als Spülgas Produktgas verwendet wird, daß die Spülgasmenge höchstens das Zweifache eines Adsorbervolumens beim Spülgasdruck beträgt, daß der Spülvorgang spätestens mit Beginn.des letzten Drittels der Aufheizzeit einsetzt und über die gesamte Abkühlphase fortgeführt wird.With each of these Regenerierungsarten sufficient desorption is effected and for each applies that the flushing is carried out in countercurrent to Beladestromrichtung that product gas is used as the purge gas, that the amount of purge gas is at most twice the adsorber volume at purge gas pressure, that the flushing process at the beginning of last one-third of the heat-up time and continue throughout the entire cooling-down period.

So beträgt die Spülgasmenge bei 1 MPa rd. 8,6m3 i.N. und bei 0,1 MPa 0,86m3 i.N. pro Zyklus, wobei in jedem Falle der Spülgasanteil aus der Kühlphase in den Biogasspeicher (Rohgasspeicher) zurückgeführt wird. Selbstredend ist bei Regeneration mittels Druckabsenkung der Adsorber vor seiner erneuten Beladung mit Produktgas wieder zu bespannen.So the amount of purge gas at 1 MPa is approx. 8.6m 3 iN and 0.1 MPa 0.86m 3 iN per cycle, in each case the purge gas from the cooling phase in the biogas storage (raw gas storage) is recycled. Of course, during regeneration by means of pressure reduction, the adsorber must be re-strung before it is re-charged with product gas.

Claims (3)

, ! ' ' . ν . ' . ' ' '   ,! ''. ν. '. '' ' Erfindungsansprüche:Invention claims: 1. Verfahren zur partiellen Reinigung von Gasen, insbesondere zur adsorptiven Abtrennung von Wasserdampf, Schwefelverbindungen und Ammoniakspuren aus methanhaltigen Naturgasen, in wechselweise betriebenen Adsorptionsapparaten, die mit verschiedenen — in getrennten Schichten angeordneten— Adsorbentien gefüllt Sind, welche als Gesamtschüttung durch Einbauten zum Wärmetausch indirekt kühl- oder beheizbar sind und deren Regeneration durch Temperaturerhöhung und Spülung mit Produktgas im Gegenstrom zur Beladestromrichtungoder durch Druckabsenkung . verbunden mit Temperaturerhöhung und ebenfalls Spülung erfolgt, gekennzeichnet dadurch, daß1. A process for the partial purification of gases, in particular for the adsorptive separation of water vapor, sulfur compounds and traces of ammonia from methane-containing natural gases, in alternately operated adsorption, which are filled with different - arranged in separate layers adsorbents, which indirectly cool as a total bed of internals for heat exchange - or are heated and their regeneration by increasing the temperature and purging with product gas in countercurrent to Beladestromrichtungoder by lowering the pressure. associated with temperature increase and also rinsing, characterized in that — ein Rohgas mit seinem Druck von 2 bis4kPa (Ü) zuerst eine Schicht engporigen Kieselgels, dann eine zweite Schicht aus zeolithischem Molekularsieb vom Typ Ca A mit 58 bis 64 Mol-Prozent Ca2'-Ionen und/oder des Typs Na X durchströmt, wobei sich die Anteile dieser Schichten in vorgenannter Reihenfolge an der Gesamtschüttung wie 1 ^VerhaltenA raw gas at its pressure of 2 to 4 kPa (Ü) first passes through a layer of narrow-pored silica gel, then a second layer of zeolitic molecular sieve of the Ca A type with 58 to 64 mol% Ca 2 'ions and / or of the Na x type flows through, wherein the proportions of these layers in the above order on the total bed as 1 ^ Behavior — und daß die Regeneration der Gesamtschüttung bei einer Temperatur von ca. 523 K mit Spülung, die spätestens im- And that the regeneration of the entire bed at a temperature of about 523 K with flushing, the latest in _. letzten Drittel der Aufheizzeit begonnen wird und über die Kühlphase anhält mit einer Spülgasmenge durchgeführt wird, die höchstens das Dreifache eines Adsorbervolumens beim Spülgasdruck beträgt und diese Menge aus der Kühlphase dem Verfahren wieder zugeführt wird._. last third of the heating is started and stops on the cooling phase is carried out with a purge gas amount that is at most three times an adsorber volume at purge gas pressure and this amount is fed back from the cooling phase the process. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei Drücken größer 0,5 bis 2MPa die Anteile der Schichten an der Gesamtschüttung sich wie 1:8 verhalten.2. The method according to item 1, characterized in that at pressures greater than 0.5 to 2 MPa, the proportions of the layers of the total bed behave as 1: 8. 3. Verfahren nach den Punkten 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Desorptionstemperatur 510 bis 530K beträgt.3. Method according to items 1 and 2, characterized in that the desorption temperature is 510 to 530K.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU724141B2 (en) * 1997-03-31 2000-09-14 Battelle Memorial Institute Apparatus and method for ammonia removal from waste streams
AT413985B (en) * 2004-01-09 2006-08-15 Landfrisch Molkerei Registrier METHOD AND DEVICE FOR CONVERSION AND UTILIZATION OF BY-PRODUCTS OF THE MILK-PROCESSING INDUSTRY
DE102008010329A1 (en) * 2008-02-21 2009-09-03 Süd-Chemie AG Process for the treatment of waste gas streams in the processing of biogenic gas streams

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