PL234955B1

PL234955B1 - Sposób oczyszczania gazu

Info

Publication number: PL234955B1
Application number: PL414323A
Authority: PL
Inventors: Takahisa Utaki; Takah Isa Utaki; Shota KAWASHIMA; Shota Kawashima; Kenji Seki; Ken Ji Seki; Yuhei Morita; Yuhe I Morita
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2020-05-18
Also published as: JP2014205138A; PL414323A1; UA115169C2; AU2018232927A1; US20160272908A1; AU2014239386A1; AU2014239386B2; WO2014148503A1; CN105188884B; CN105188884A; AU2018232927B2; US9732297B2; RU2015144454A

Abstract

Wskaźnik odzysku gazu końcowego po obróbce w urządzeniu do oczyszczania gazu wykorzystującym układ PSA jest większy i jednocześnie uzyskuje się wysoką czystość i wskaźnik odzysku przy dobrej wydajności energetycznej. Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu oczyszczania gazu, z wykorzystaniem adsorpcji zmiennociśnieniowej (PSA), w której jako adsorbent zastosowano węglowe sito molekularne o objętości porów (V0,38), przy średnicy porów 0,38 nm lub większej, nieprzekraczającej 0,05 cm3/g oraz objętości porów (V0,34), przy średnicy porów 0,34 nm, wynoszącej 0,15 cm3/g lub większej przy rozkładzie średnicy porów zmierzonej metodą MP. W etapie adsorpcji, gaz inny jest adsorbowany z gazu źródłowego przez kontakt gazu źródłowego z adsorbentem przez czas od 10 do 6000 sekund w celu uzyskania skoncentrowanego metanu.

Description

Opis wynalazku

Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu oczyszczania gazu na kolumnie adsorpcyjnej wypełnionej adsorbentem, adsorbującym gaz inny niż metan z gazu źródłowego zawierającego metan. Kolumna adsorpcyjna zawiera:

przewód podawania gazu źródłowego, służący do dostarczania gazu źródłowego do kolumny adsorpcyjnej;

przewód odzyskiwania gazu końcowego (produktu), służący do odprowadzania metanu, nie zaadsorbowanego przez adsorbent jako gaz końcowy;

przewód odprowadzania gazu, służący do odprowadzania desorbowanego gazu, zaadsorbowanego przez adsorbent;

odwrotnie działający, w przeciwprądzie z kolumną adsorpcyjną, przewód podawania gazu źródłowego, przewód odzyskiwania gazu końcowego, przewód odprowadzania gazu innego niż gaz końcowy.

Etap adsorpcji polega na tym, że dostarcza się gaz źródłowy do kolumny adsorpcyjnej przez przewód podawania gazu źródłowego, prowadzi się adsorpcję gazu innego niż gaz końcowy przez adsorbent, odzyskiwanie gazu końcowego przez przewód odzyskiwania gazu końcowego.

Etap desorpcji polega na tym, że prowadzi się rozprężanie czyli desorpcję gazu innego niż gaz końcowy, zaadsorbowanego przez adsorbent i odprowadza się go przez przewód odprowadzania gazu innego niż gaz końcowy, przy zamkniętych przewodach podawania gazu źródłowego i odzysku gazu końcowego.

Stan techniki

Aby efektywnie wykorzystywać gaz palny, niezbędne jest oddzielenie gazu, np. powietrza od gazu źródłowego zawierającego gaz palny i skoncentrowanie gazu palnego do odpowiedniego stężenia. Zaproponowano wiele znanych urządzeń oraz sposobów koncentracji gazu palnego oraz rozwiązań, w których wykorzystuje się gaz kopalniany jako gaz palny źródłowy, gdzie powietrze (zawierające głównie azot, tlen i dwutlenek węgla) jest oddzielane od gazu źródłowego za pomocą adsorbentu z późniejszą koncentracją metanu.

W kolumnie adsorpcyjnej znajduje się adsorbent, adsorbujący azot, tlen, dwutlenek węgla, szybciej niż metan. Jako adsorbent wykorzystuje się naturalny zeolit, posiadający wolniejsze tempo adsorpcji metanu w porównaniu z absorpcją azotu. Do kolumny adsorpcyjnej wprowadza się gaz kopalniany za pomocą np. sprężarki do uzyskania określonego ciśnienia. W rezultacie tlen, azot i dwutlenek węgla znajdujące się w gazie kopalnianym są adsorbowane jako pierwsze w dolnej części kolumny adsorpcyjnej, a metan posiadający niższy współczynnik adsorpcji - w górnej części kolumny adsorpcyjnej. Ponadto zaproponowano urządzenia i metody do koncentracji metanu, w których metan jest dalej uwalniany w górnej części kolumny adsorpcyjnej, aż do uzyskania ciśnienia atmosferycznego.

W ten sposób, za pomocą adsorbentu można oddzielić powietrze od gazu kopalnianego używanego jako gaz źródłowy, skoncentrować metan i wykorzystać go jako np. paliwo. W podobny sposób można wykorzystywać gaz kopalniany zawierający wysokie stężenie metanu.

Układ, zwany dalej PSA (Pressure Swing Adsorption device (urządzenie do adsorpcji zmiennociśnieniowej) przewiduje:

kolumnę adsorpcyjną wypełnioną adsorbentem, adsorbującym z gazu źródłowego gaz inny niż końcowy gaz oczyszczony;

przewód odzysku gazu końcowego (produktu), służący do odbioru końcowego gazu oczyszczonego, nie zaadsorbowanego przez adsorbent jako gaz końcowy;

przewód odbierania gazu, służący do odbioru desorbowanego gazu, zaadsorbowanego przez adsorbent;

kolumnę adsorpcyjną, przewód podawania gazu źródłowego, przewód odzysku gazu końcowego i przewód odbierania gazu innego niż gaz końcowy połączone tak, aby umożliwić adsorpcję zmiennociśnieniową, działając odwrotnie, etap adsorpcji czyli dostarczanie gazu źródłowego do kolumny adsorpcyjnej przez przewód podawania gazu źródłowego, adsorpcję gazu innego przez adsorbent, odzyskiwanie gazu końcowego, oraz

PL 234 955 B1 etap desorpcji czyli desorpcję gazu innego niż końcowy, zaadsorbowanego przez adsorbent i odbieranie go przez przewód odbioru tego innego gazu.

Gdy gaz źródłowy jest dostarczany do kolumny adsorpcyjnej przez przewód podawania gazu źródłowego, można wykonać etap adsorpcji, tj. adsorpcję gazu innego niż końcowy, znajdującego się w gazie źródłowym przez adsorbent w kolumnie adsorpcyjnej. Końcowy gaz oczyszczony, znajdujący się w gazie źródłowym, który nie został zaadsorbowany przez adsorbent odzyskuje się przez przewód odzysku gazu końcowego, a kolumnę adsorpcyjną nasyconą gazem na drodze adsorpcji gazu innego można zregenerować wykonując etap desorpcji - rozprężenie-desorpcję gazu innego zaadsorbowanego przez adsorbent. Powstały w ten sposób gaz składa się głównie z gazu innego niż końcowy i jest odbierany przez przewód odbierania tego innego gazu. Można przeprowadzić adsorpcję zmiennociśnieniową, powtarzając etap adsorpcji i desorpcji.

W przypadku koncentracji metanu znajdującego się w biogazie lub gazie kopalnianym, zaleca się wykorzystanie adsorbentu o dużej zdolności adsorpcji gazu innego w gazie źródłowym oraz o właściwościach umożliwiających oddzielanie metanu od innego gazu. Jednakże nie jest znanych wiele adsorbentów o wyżej podanych właściwościach. Przykładowo, dokumenty patentowe 1 - 5 podają, że węglowe sita molekularne o średnicy porów od 3 A są 5 A odpowiednie do separacji adsorpcyjnej metanu od różnych gazów (patrz, np. dokumenty patentowe 1 - 5).

Jednak wykazano, że oprócz średnicy porów istotną role podczas oddzielania gazów pełni rozkład objętości porów oraz stała czasowa adsorpcji (patrz, np. dokumenty patentowe 6 - 9), dlatego należy problemem do rozwiązania jest wybór odpowiedniego adsorbentu, zgodnie z przeznaczeniem procesu adsorpcji zmiennociśnieniowej.

Dokumenty wcześniejsze

Dokumenty patentowe

Dokument patentowy 1: JP S58-159830A

Dokument patentowy 2: JP H02-000699A

Dokument patentowy 3: JP H07-316571A

Dokument patentowy 4: JP 2003-01415A

Dokument patentowy 5: JP 2006-833311A

Dokument patentowy 6: WO 2008/053680

Dokument patentowy 7: WO 2008/053681

Dokument patentowy 8: JP H01-081896A

Dokument patentowy 9: JP 2000-312824A

Istota wynalazku

Problem do rozwiązania przez wynalazek.

Zgodnie ze sposobem opisanym w wymienionym wyżej dokumencie patentowym 2, można uzyskać wysoką czystość gazu końcowego, ponieważ istnieje możliwość jej określenia za pomocą urządzenia PSA. Jednak separator membranowy wykorzystywany do zwiększania czystości gazu źródłowego dostarczanego do urządzenia PSA powoduje redukcję wskaźnika odzysku końcowego gazu oczyszczonego, dlatego metoda ta nie przyczynia się do zwiększania wskaźnika odzysku w przypadku całego urządzenia.

Celem niniejszego wynalazku jest poprawa wskaźnika odzysku gazu końcowego po obróbce w urządzeniu do oczyszczania gazu wykorzystującym układ PSA przy jednoczesnym uzyskaniu wysokiej czystości i wysokiego wskaźnika odzysku oraz dobrej wydajności energetycznej.

Sposoby rozwiązania problemu.

Sposób według zastrzeżenia 1.

W celu osiągnięcia przedstawionego powyżej założenia proponuje się sposób oczyszczania gazu obejmujący:

kolumnę adsorpcyjną wypełnioną adsorbentem, adsorbującym gaz inny niż metan z gazu źródłowego zawierającego metan;

przewód odzysku gazu końcowego czyli produktu, służący do odbioru metanu, nie zaadsorbowanego przez adsorbent jako gaz końcowy;

przewód odbioru gazu, służący do odbierania desorbowanego gazu, zaadsorbowanego przez adsorbent;

PL 234 955 B1 odwrotnie działający, z kolumną adsorpcyjną, przewód podawania gazu źródłowego, przewód odzysku gazu końcowego oraz przewód odbioru gazu innego niż gaz końcowy, etap adsorpcji - dostarczanie gazu źródłowego do kolumny adsorpcyjnej przez przewód podawania gazu źródłowego, adsorpcję gazu innego niż końcowy przez adsorbent, odzyskiwanie gazu końcowego przez przewód odzysku gazu końcowego, oraz etap desorpcji - rozprężanie-desorpcję gazu innego niż końcowy zaadsorbowanego przez adsorbent i odbieranie go przez przewód odbioru gazu innego niż gaz końcowy przy zamkniętych przewodach podawania gazu źródłowego i odzysku gazu końcowego, gdzie stosuje się węglowe sito molekularne o objętości porów (Vo.3a), przy średnicy porów 0,38 lub większej, nieprzekraczającej 0,05 cm³/g oraz o objętości porów (Vo.34). przy średnicy porów 0,34 lub większej, wynoszącej 0,15 cm³/g lub więcej, o rozkładzie średnicy porów mierzonemu za pomocą metody MP;

podczas etapu adsorpcji, gaz inny jest adsorbowany z gazu źródłowego poprzez kontakt gazu źródłowego z adsorbentem przez lub więcej sekund oraz 6000 lub mniej sekund w celu uzyskania skoncentrowanego metanu.

Działanie i skutek sposobu według zastrz. 1.

Według wynalazku, sposób oczyszczania gazu, polega na tym, że doprowadza się gaz źródłowy: do kolumny adsorpcyjnej wypełnionej adsorbentem, adsorbującym gaz inny niż metan z gazu źródłowego zawierającego metan;

przewodem dostarczania gazu źródłowego do kolumny adsorpcyjnej;

oraz przewodem odbierania produktu w postaci gazu końcowego, którym odbiera się metan stanowiący gaz końcowy, nie zaadsorbowany przez adsorbent; oraz z przewodem odprowadzania gazu, którym odprowadza się desorbowany gaz, zaadsorbowanego przez adsorbent, gdzie wykorzystuje się naprzemiennie, współpracujący z kolumną adsorpcyjną, przewód dostarczania gazu źródłowego, przewód odbioru gazu końcowego, i przewód odprowadzania gazu innego niż gaz końcowy, i prowadzi się etap adsorpcji gdzie doprowadza się gaz źródłowy do kolumny adsorpcyjnej przez przewód dostarczania gazu źródłowego, adsorbuje się gaz inny niż gaz końcowy na adsorbencie i odbiera się gaz końcowy przez przewód odbioru gazu końcowego, oraz w etapie desorpcji rozpręża się i desorbuje się gaz inny niż gaz końcowy, zaadsorbowany przez adsorbent, i odbiera się ten gaz przez przewód odbioru gazu innego niż gaz końcowy, przy zamkniętych przewodach dostarczania gazu źródłowego i odbioru gazu końcowego.

Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że jako adsorbent stosuje się węglowe sito molekularne o objętości porów (Vo.38). przy średnicy porów 0,38 nm lub większej, nieprzekraczającej 0,05 cm³/g oraz o objętości porów (Vo.34). przy średnicy porów 0,34 nm, wynoszącej 0,15 cm³/g lub więcej, gdzie rozkład średnic porów mierzono za pomocą metody MP, oraz, podczas etapu adsorpcji, adsorbuje się gaz inny niż metan, i ten inny gaz adsorbuje się z gazu źródłowego poprzez kontakt gazu źródłowego z adsorbentem w czasie od 10 sekund do 600 sekund i uzyskuje się skoncentrowany metan.

W wyniku intensywnych badań nad rodzajami i właściwościami fizycznymi adsorbentów wykorzystywanych w opisanym powyżej sposobie oczyszczania gazu, twórcy niniejszego wynalazku odkryli, że węglowe sito molekularne o objętości porów (V0.38), przy średnicy porów 0,38 nm lub większej, nieprzekraczającej 0,05 cm³/g oraz o objętości porów (V0.34), przy średnicy porów 0,34 lub większej, wynoszącej 0,15 cm³/g lub więcej, które stosuje się do separacji powietrza, można użyć jako opisany powyżej adsorbent do oczyszczania metanu.

Chociaż takie węglowe sito molekularne stosuje się do separacji i oczyszczania powietrza poprzez oddzielenie azotu i tlenu, ze względu na jego doskonałe zdolności oddzielania tlenu i azotu w powietrzu, twórcy wynalazku odkryli, że węglowe sito molekularne można wykorzystać do oddzielania tlenu, azotu i metanu, dostosowując cykl separacji adsorpcyjnej według niniejszego wynalazku.

Powyżej opisany adsorbent stosuje się zazwyczaj do separacji powietrza, ponieważ wykazuje właściwości adsorpcji tlenu w czasie kontaktu z gazem przez ok. 6 - 60 sekund, nie adsorbując azotu. Twórcy wynalazku stwierdzili, że można uzyskać odpowiedni czas separacji adsorpcyjnej, w którym adsorbent adsorbuje tlen, dwutlenek węgla i azot z powietrza bez adsorpcji metanu, poprzez kontakt gazu z adsorbentem przez dłuższy czas. Chociaż czas separacji adsorpcyjnej jest różny w zależności od gazu występującego z metanem, preferowany zakres wynosi 10 lub więcej sekund do 600 lub mniej sekund. Dłuższy kontakt adsorbentu z gazem źródłowym powoduje wydłużenie czasu separacji gazu do momentu, gdy rozpocznie się adsorpcja metanu po adsorpcji tlenu, dwutlenku węgla, azotu w powietrzu.

PL 234 955 B1

W związku z powyższym stwierdzono, że czas kontaktu wynoszący od ok. 1 do 10 minut umożliwia oddzielenie azotu i metanu, zaś od ok. 6 sekund do 10 minut pozwala na precyzyjne oddzielenie tlenu i dwutlenku węgla od metanu.

Sposób według zastrz. 2.

Sposób oczyszczania gazu według wynalazku, gdzie korzystnie stosuje się adsorbent o objętości porów (Vo,38), przy średnicy porów 0,38 nm lub większej, nieprzekraczającej 0,01 cm³/g oraz o objętości porów (Vo,34), przy średnicy porów 0,34 nm, wynoszącej 0,20 cm³/g lub więcej.

Działanie i skutek sposobu według zastrz. 2.

Uwzględniając właściwości fizyczne adsorbentu, średnicę cząsteczki gazu podlegającego separacji określa się za pomocą średnicy porów, zaś zdolność adsorpcji gazu odpowiadającą średnicy porów za pomocą objętości porów przy danej średnicy. Zatem, gdy zdolność adsorpcji jest duża przy średnicy porów 0,34 nm, co odpowiada średnicy cząsteczki azotu i mała przy średnicy porów 0,38 nm lub większej, co odpowiada średnicy cząsteczki metanu, można uzyskać większy współczynnik separacji gazu.

Sposób według zastrzeżenia 3.

Sposób oczyszczania gazu według zastrzeżenia, gdzie korzystnie stosuje się adsorbent o średnicy cząstek od 0,5 mm0 do 3,0 mm0, oraz o gęstości upakowania w kolumnie adsorpcyjnej od 0,60 g/mL 0,75 g/mL. Adsorbent może posiadać średnicę cząstek od 0,5 mm0 do 3,0 mm0, zaś gęstość upakowania w kolumnie adsorpcyjnej może korzystnie wynosić od 0,60 g/mL do 0,75 g/mL.

Działanie i skutek sposobu wg zastrz. 3.

W przypadku przeprowadzania oczyszczania gazu zgodnie z powyżej opisanymi warunkami, im dłuższy jest kontakt gazu z adsorbentem, tym większą efektywność separacji można uzyskać. Jeśli chodzi o efektywność kontaktu gazu z adsorbentem, należy zapewnić odpowiednie szczeliny między adsorbentami. Szczeliny można prawidłowo określić na podstawie zależności między średnicą cząsteczki adsorbentu a gęstością jego upakowania w kolumnie adsorpcyjnej. Wykazano, że jeśli średnica cząsteczki adsorbentu wynosi od 0,5 mm0 do 3,0 mm0 a gęstość upakowania w kolumnie adsorpcyjnej 0,60 g/mL do 0,75 g/mL, można uzyskać wysoką efektywność.

Należy pamiętać, że w przypadku zmiany średnicy cząsteczki adsorbentu należy ustalić odpowiednią gęstość upakowania adsorbentu.

Sposób według zastrz. 4.

Sposób oczyszczania gazu według zastrzeżenia 1 albo 2 albo 3, polega na tym, że, przed zastosowaniem wymienionego sposobu oczyszczania gazu, doprowadza się gaz zawierający niskie stężenie metanu, poniżej 50%, jako gaz źródłowy, przy czym;

adsorbuje się metan z gazu źródłowego w przeciwprądzie w kolumnie adsorpcyjnej wypełnionej adsorbentem metanu z gazu źródłowego;

dostarcza się gaz źródłowy do kolumny adsorpcyjnej przeciwprądowym przewodem podawania gazu źródłowego do górnej części kolumny;

odbiera się gaz przewodem odbioru gazu z dolnej części kolumny, którym odprowadza się desorbowany gaz, nie zaadsorbowany przez adsorbent metanu;

desorbuje się metan zaadsorbowany przez adsorbent metanu i odbiera się metan przeciwprądowym przewodem odbioru metanu z dolnej części kolumny, służącym do odzyskiwania desorbowanego metanu; oraz stosuje się odwrotnie działający, przeciwprądowo z kolumną adsorpcyjną, przewód podawania gazu źródłowego, przewód odbioru gazu innego i przewód odzysku gazu, gdzie prowadzi się przeciwprądowy etap adsorpcji w którym dostarcza się gaz źródłowy w przeciwprądzie do kolumny adsorpcyjnej przez kanał podawania gazu źródłowego, adsorbuje się metan na adsorbencie metanu, i odbiera się gaz inny, nie zaadsorbowany przez adsorbent metanu, a następnie desorbuje się zaadsorbowany metan przeciwprądowo i odzyskuje się metan przez przeciwprądowy przewód odzysku gazu, przy zamkniętych przeciwprądowych przewodach podawania gazu i odbierania gazu innego niż metan, i odbiera się gaz odzyskany przez kanał przeciwprądowy odzysku gazu jako gaz źródłowy o stężeniu metanu 50% lub większym.

Działanie i skutek sposobu według zastrz. 4.

Zwiększając stężenie metanu za pomocą urządzenia przeznaczonego do adsorpcji metanu, np. PSA, przed zastosowaniem powyżej opisanego sposobu oczyszczania gazu, możliwe jest skuteczne odzyskanie metanu o dużej koncentracji. W przypadku przeprowadzania adsorpcji w jednym etapie z wykorzystaniem adsorbentu adsorbującego gaz inny niż metan, gdy gaz źródłowy ma niskie

PL 234 955 B1 stężenie metanu, duża ilość gazu innego jest adsorbowana przez adsorbent. W rezultacie ilość uzyskanego metanu do płukania adsorbentu jest większa, zatem współczynnik odzysku maleje.

Aby tego uniknąć, korzystne jest przeprowadzenie adsorpcji w dwóch etapach, stosując urządzenie do adsorpcji metanu, takie jak PSA, zmieniając kierunek przepływu gazu. W tym opisie patentowym użyto określenia przeciwprądowo w tym rozumieniu, że w przeciwprądzie do kolumny adsorpcyjnej doprowadza się gaz źródłowy od góry, natomiast odbiera się produkty z dolnej części tej kolumny, przeciwnie niż w zwykłej pracy kolumny, gdzie doprowadza się gaz od dołu i odbiera się od góry.

Przy zastosowaniu urządzenia do adsorpcji metanu, można przyjąć następujący układ:

wykorzystanie gazu zawierającego niskie stężenie metanu, poniżej 50%, jako gazu źródłowego przeciwprądowo przeciwprądowa kolumna adsorpcyjną wypełnioną adsorbentem metanu, adsorbującym metan z gazu źródłowego;

przeciwprądowy przewód podawania gazu źródłowego, służący do dostarczania gazu źródłowego do kolumny adsorpcyjnej;

przeciwprądowy przewód odbioru gazu, służący do odbierania desorbowanego gazu, nie zaadsorbowanego przez adsorbent metanu;

przeciwprądowy przewód odzysku gazu, służący do odzyskiwania desorbowanego metanu, zaadsorbowanego przez adsorbent metanu.

Przy wykorzystaniu takiego rozwiązania można uzyskać gaz źródłowy o stężeniu metanu 50% lub większym i łatwo je zastosować w sposobie oczyszczania gazu według niniejszego wynalazku.

W takim przypadku znane konfiguracje można stosować jako odpowiednie w odniesieniu do adsorbentu metanu, konfiguracji kolumny adsorpcyjnej, itp.

Zalety wynalazku

W związku z powyższym, istnieje możliwość odzysku metanu o większej czystości i wykorzystywania gazu kopalnianego, biogazu lub podobnych, w przypadku których ponowne użycie było trudne, zachowując wysoki współczynnik odzysku metanu.

Krótki opis rysunków.

Fig. 1 schemat urządzenia do oczyszczania gazu.

Fig. 2 schemat przedstawiający etapy koncentracji metanu.

Fig. 3 schemat przedstawiający przepływ gazu w przypadku zastosowania sposobu koncentracji metanu wg. rys. 2.

Fig. 4 wykres przedstawiający rozkład średnicy porów adsorbentów.

Fig. 5 wykres przedstawiający krzywe równowagi adsorpcyjnej adsorbentu.

Fig. 6 wykres przedstawiający krzywe równowagi adsorpcyjnej adsorbentów.

Fig. 7 schemat urządzenia do oczyszczania gazu według innego przykładu wykonania 2.

Fig. 8 schemat przedstawiający sposób koncentracji metanu według Przykładu wykonania 2.

Fig. 9 schemat urządzenia do oczyszczania gazu według kolejnego przykładu wykonania 4.

Fig. 10 schemat urządzenia do oczyszczania gazu według dalszego przykładu wykonania 5.

Fig. 11 schemat urządzenia do oczyszczania gazu według kolejnego wykonania 6.

Najkorzystniejszy sposób realizacji wynalazku

W niniejszej części zostanie opisany sposób oczyszczania gazu oraz urządzenie do jego realizacji, zgodnie z niniejszym wynalazkiem. Jednakże zostaną także przedstawione inne wersje wykonania, ich celem jest bardziej szczegółowe przedstawienie obecnego wynalazku. Istnieje możliwość modyfikacji bez uszczerbku dla zakresu i innowacyjności wynalazku, a obecny wynalazek nie jest ograniczony do poniższego opisu.

Urządzenie do oczyszczania gazu.

Jak pokazano na rysunku fig. 1, urządzenie do oczyszczania gazu składa się z kolumn adsorpcyjnych A1 - A4 wypełnionych adsorbentami A11 - A41. Każda kolumna adsorpcyjną jest zaopatrzona w przewód podawania gazu L1 ze zbiornika gazu źródłowego T1, przewód odzysku gazu końcowego L2 oraz w zbiornik gazu końcowego T2 do odzysku, jako gazu końcowego (produktu), metanu jako gazu oczyszczonego, nie zaadsorbowanego przez adsorbenty A11 - A41, i przewód odbioru gazu innego L3 do odbierania desorbowanego gazu innego, zaadsorbowanego przez adsorbenty A11 - A41.

Gaz ze zbiornika gazu źródłowego T1 dostarcza się do przewodu podawania gazu źródłowego L1. Odbywa się to za pomocą pompy podającej P1. Obejście L10, omijające pompę podającą P1 jest wyposażone w zawór regulacji ciśnienia Vc1 w celu stałej kontroli ciśnienia podczas jego wzrostu

PL 234 955 B1 w kolumnach adsorpcyjnych A1 - A4. Gaz źródłowy podaje się do przewodu podawania gazu źródłowego L1 i dostarcza się do kolumn adsorpcyjnych A1 - A4 przez przewody podawania L11 - L41 z zaworami przełączającymi V11 - V41.

Gaz końcowy (produkt) odbiera się z kolumn adsorpcyjnych A1 - A4 i podaje się do przewodu odzysku gazu końcowego L2 przez przewody odzysku L12 - L42 z zaworami przełączającymi V12 - V42. Zawór regulacji ciśnienia Vc2 znajduje się w przewodzie odzysku gazu końcowego L2. Za pomocą zaworu regulacji ciśnienia Vc2 do kontroli ciśnienia gazu końcowego odzyskanego w kolumnach adsorpcyjnych A1 - A4 i przekazywanego do zbiornika gazu końcowego T2 kontroluje się ciśnienie odzysku gazu końcowego z kolumn adsorpcyjnych A1 - A4 na podstawie ciśnienia podawania gazu źródłowego do kolumn adsorpcyjnych A1- A4.

Gaz inny zaadsorbowany w kolumnach adsorpcyjnych A1 - A4 desorbuje się z adsorbentów A11 - A41 przez dekompresję i odbiera się z przewodu odbioru gazu innego L3 przez przewody wylotowe L13 - L43 z zaworami przełączającymi V13 - V43.

W przewodzie odzysku gazu końcowego L2 przewód przepłukiwania gazem końcowym L4 do przepływu gazu końcowego jako gazu do kolumn adsorpcyjnych A1 - A4 ze zbiornika gazu końcowego znajduje się po stronie przeciwprądowej w odniesieniu do kolumn adsorpcyjnych A1 - A4, w odniesieniu do zaworu regulacji ciśnienia Vc2. Gaz przepłukujący podaje się do przewodu do przepłukiwania gazem końcowym ze zbiornika gazu końcowego T2 i dostarcza się do kolumn adsorpcyjnych przez przewody przepłukiwania L14 - L44 z zaworami przełączającymi V14 - V44. Również gaz w kolumnach adsorpcyjnych A1 - A4 jest zastąpiony przez gaz końcowy odbierany z przewodu odbioru gazu innego L3 przez przewody wydechowe L13 - 43 z zaworami przełączającymi V13 - V43. Ponadto, zawór redukcyjny ciśnienia Vr4, zawór otwierania/zamykania Vo4 i zawór iglicowy Vn4 są umieszczone w przewodzie L4 między przewodem odzysku gazu końcowego L2 a kolumnami adsorpcyjnymi A1 - A4. Umożliwia to przepływ gazu końcowego ze zbiornika gazu końcowego T2 jako gazu przepłukującego do kolumn adsorpcyjnych A1 - A4 z przewodu przepłukiwania gazem przez przepłukujące L14 - L44 z zaworami przełączającymi V14 - V44, czyli przepłukiwanie kolumn adsorpcyjnych A1 - A4. Ciśnienie przepłukiwania kolumn adsorpcyjnych A1 - A4 kontroluje się za pomocą zaworu regulacji ciśnienia Vr4 za pomocą zaworu iglicowego Vn4 w celu zapobieżenia gwałtownym zmianom ciśnienia i koryguje się za pomocą zaworu otwierania/zamykania Vo4.

Dla kolumn adsorpcyjnych A1- A4 przewidziany jest przewód L7 wyrównywania ciśnienia między kolumnami, aby umożliwić przesyłanie gazu wydalanego z górnej części kolumn adsorpcyjnych A1 - A4 podczas etapu wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) przez przewody przepłukujące L4 do górnej części kolumn adsorpcyjnych A1 - A4 podczas wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia). To znaczy, że gaz odbierany z górnej części kolumn adsorpcyjnych A1 - A4 podczas wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) podaje się do przewodu wyrównywania L7 ciśnienia między kolumnami przez przewody wyrównywania ciśnienia L14 - L44 z zaworami przełączającymi V17 - V47, a następnie przekazuje się przez przewody przepłukiwania L14 - L44 z zaworami przełączającymi V14 - 44 do kolumn adsorpcyjnych A1 - A4, w których jest przeprowadzane wyrównywanie ciśnienia (zwiększanie ciśnienia). Przewód wyrównywania ciśnienia L7 między kolumnami jest wyposażony w zawór iglicowy Vn7 i zawór otwierania/zamykania Vo7, dzięki czemu gaz odbierany z górnej części każdej kolumny adsorpcyjnej przez odpowiedni przewód wyrównywania ciśnienia stopniowo przepływa przez zawór iglicowy Vn7 i wpływa do różnych kolumn adsorpcyjnych A1 - A4 przez przewód przepłukiwania L4.

Dla kolumn adsorpcyjnych A1 - A4 jest przewidziany przewód zwiększania ciśnienia gazu końcowego L8, służący do dostarczania gazu końcowego jako gazu do zwiększania ciśnienia w kolumnach adsorpcyjnych A1 - A4. W trakcie etapu zwiększania ciśnienia, gaz końcowy dostarczany ze zbiornika gazu końcowego T2 wpływa do kolumn adsorpcyjnych z przewodu L8 zwiększania ciśnienia gazu końcowego przez przewody zwiększania ciśnienia L18 - L48 z zaworami przełączającymi V18 - V48. W przewodzie zwiększania ciśnienia gazu końcowego znajduje się zawór otwierania/zamykania Vo8 oraz zawór regulacji ciśnienia Vc8. Ciśnienie w kolumnach adsorpcyjnych A1 - A4 można zwiększać, przekazując gaz końcowy do kolumn adsorpcyjnych z uwzględnieniem ciśnienia utrzymującego się w zbiorniku gazu końcowego T2 w danym momencie.

Urządzenie do oczyszczania gazu jest ponadto wyposażone w sterownik C. Sterownik C steruje otwieraniem i zamykaniem zaworów przełączających V11 - V48 i podobnych zaworów znajdujących się w kolumnach adsorpcyjnych A1 - A4 oraz rurociągami przewodu podawania gazu L1, przewodu odzy

PL 234 955 B1 sku gazu końcowego L2, przewodu odbierania gazu innego L3, przewodu przepłukiwania gazem końcowym L4, przewodu wyrównywania ciśnienia między kolumnami L7 i przewodu zwiększania ciśnienia gazu końcowego L8. Sterownik C pełni również rolę sterownika procesu adsorpcji/desorpcji, sterując etapami adsorpcji w kolumnach adsorpcyjnych A1 - A4 za pomocą pompy podającej P1 oraz sterownika przepłukiwania, sterując procesem przepłukiwania kolumn adsorpcyjnych A1 - A4, kontrolując przepływ gazu końcowego do kolumn adsorpcyjnych A1 - A4 ze zbiornika gazu końcowego T2.

Jako adsorbenty A11 - A41 korzystne jest stosowanie adsorbentów zdolnych do selektywnego adsorbowania gazów innych niż metan w gazie źródłowym. Wykorzystuje się adsorbent składający się głównie z co najmniej jednego materiału z następującej grupy: węgiel aktywny, molekularne sito węglowe, zeolit i porowate związki metalu.

Adsorbenty A11 - A41 posiadają średnicę cząstek od 0,5 mm0 do 3,0 mm0 i gęstość upakowania w kolumnie adsorpcyjnej 0,60 g/mL do 0,75 g/mL.

Możliwe jest również stosowanie węglowego sita molekularnego o objętości porów (Vo,38), przy średnicy porów 0,38 nm lub większej, nieprzekraczającej 0,01 cm3/g oraz objętości porów (Vo,34), przy średnicy porów 0,34 nm, wynoszącej 0,20 cm³/g lub większej, mierzonej metodą MP.

Jak pokazano na rysunku fig. 4, w obecnej wersji wynalazku jako adsorbenty A11 - A41 zastosowano węglowe sito molekularne o objętości porów (Vo,38), przy średnicy porów 0,38 nm lub większej, nieprzekraczającej 0,05 cm³/g oraz objętości porów (Vo,34), przy średnicy porów 0,34 nm, wynoszącej 0,15 cm³/g lub większej; rozkład średnicy porów zmierzony metodą MP.

Przykłady adsorbentów A11 - A41, spełniających określone warunki, to adsorbenty A - C, F oraz G na rysunku fig. 4.

Na rysunku fig. 4, adsorbenty A - C, f oraz G posiadają objętości porów (Vo,38), przy średnicy porów 0,38 nm lub większej, nieprzekraczającej 0,05 cm3/g oraz objętości porów (Vo,34), przy średnicy porów 0,34 nm, wynoszącej 0,15 cm³/g lub większej, co powoduje niską zdolność adsorpcyjną metanu i wymaga długiego czasu do jej wykorzystania. W przeciwieństwie do powyższego, udowodniono, że adsorbenty D i E posiadają dużą objętość porów przy średnicy 0,38 nm, umożliwiającą zdolność adsorpcji metanu w krótszym czasie, dlatego nie są odpowiednie do separacji metanu.

W wyniku badań dotyczących określenia równowagi adsorpcyjnej różnych gazów (tlenu, dwutlenku węgla, azotu, metanu) wykazano, że ilości zaadsorbowanego tlenu i dwutlenku węgla znacznie wzrastają po upływie ok. 0,1 minuty (np. 6-10 sekund), a ilość zaadsorbowanego azotu znacznie wzrasta po upływie ok. 1 minuty (60 sekund) do 10 minut (600 sekund), jak przedstawiono na r ys. 5 dla adsorbentu C. W odróżnieniu od powyższego, ilość zaadsorbowanego metanu znacznie wzrasta po upływie ok. 100 minut (6000 sekund) i z tego względu możliwe jest oddzielenie tlenu, azotu i dwutlenku węgla od metanu.

Rysunek fig. 6 przedstawia krzywe równowagi adsorpcyjnej dla azotu i metanu adsorbowanych przez adsorbenty C, D i E.

Jak pokazano na rysunkach fig. 5 i fig. 6, w przypadku adsorbentu C ilość zaadsorbowanego metanu w momencie (ok. 289 minut), w którym ilość zaadsorbowanego azotu osiągnęła równowagę, wynosi 40% wielkości równowagi adsorpcyjnej. Natomiast, jak pokazano na rys. 6, w przypadku adsorbentu D ilość zaadsorbowanego metanu w momencie (ok. 15 minut), w którym ilość zaadsorbowanego azotu osiągnęła równowagę, wynosi 92% wielkości równowagi adsorpcyjnej. Również w przypadku adsorbentu E ilość zaadsorbowanego metanu w momencie, gdy ilość zaadsorbowanego azotu osiągnęła równowagę, wynosi 96% wielkości równowagi adsorpcyjnej.

Można zauważyć, że w przypadku adsorbentu C istnieje znaczna różnica między momentem, w którym występuje adsorpcja gazów innych a momentem występowania adsorpcji metanu, dlatego do uzyskania zdolności adsorpcji metanu wymagany jest dużo dłuższy okres czasu. W przypadku adsorbentów D i E różnica jest niewielka, zatem szybko można uzyskać zdolność adsorpcji metanu.

Wobec powyższego, cały okres etapu adsorpcji w kolumnach adsorpcyjnych A1 - A4 z adsorbentem C, kontakt gazu źródłowego z adsorbentem C przez 10 lub więcej sekund i 6000 lub mniej sekund umożliwia pomyślną adsorpcję gazu innego niż metan (tlenu, azotu, dwutlenku węgla) z gazu kopalnianego i tą drogą oddzielenie metanu. Korzystne jest ustawienie takiego samego czasu kontaktu również dla innych adsorbentów niż C, tj. adsorbentów A, B, F i G.

Jak przedstawiono na rysunku fig. 5 i fig. 6, porównanie między czasem (ok. 289 minut), w którym ilość zaadsorbowanego metanu przez adsorbent C wyniesie 40% wielkości równowagi adsorpcyjnej, a czasem (ok. 15 minut), w którym ilość zaadsorbowanego metanu przez adsorbent D wyniesie 40% wielkości równowagi adsorpcyjnej, wskazuje dłuższy czas procesu w przypadku adsorbentu C.

PL 234 955 B1

W okresie czasu (np. 0 minut lub więcej i 289 minut lub mniej, gdy ilość zaadsorbowanego metanu wynosi od ok. 0% do 40%), w którym ilość zaadsorbowanego metanu przez adsorbent C jest względnie niewielka, różnica między ilością zaadsorbowanego azotu i metanu jest duża. W okresie czasu (np. 0 minut lub więcej i 15 minut lub mniej, gdy ilość zaadsorbowanego metanu wynosi od ok. 0% do 40%), w którym ilość zaadsorbowanego metanu przez adsorbent D jest względnie niewielka, różnica między ilością zaadsorbowanego azotu i metanu jest mała.

W związku z tym, w przypadku adsorbentu C można uzyskać dłuższy okres czasu dla wykonania adsorpcji niż w przypadku adsorbentu D, umożliwiając wzrost ilości przetwarzania metanu i efektywniejszą separację metanu.

Z tego punktu widzenia, w przypadku adsorbentu C, czas kontaktu gazu źródłowego z adsorbentem C podczas etapu adsorpcji powinien wynosić ok. 600 lub więcej sekund i 6000 lub więcej sekund. Przy tych ustawieniach możliwe jest ustawienie czasu takiego, zanim ilość zaadsorbowanego azotu przez adsorbent C osiągnie wielkość równowagi adsorpcyjnej (ok. 6000 sekund lub mniej), co pozwala na efektywniejsze przetwarzanie gazu źródłowego i separację metanu w czasie ok. 600 sekund, zapewniając jednocześnie wystarczająco długi okres czasu dla adsorpcji.

(Kolumny adsorpcyjne)

Kolumny adsorpcyjne są wypełnione adsorbentami A11 - A41. Poniżej kolumn adsorpcyjnych A1 - A4 znajdują się przewody podawania L11 - L41, służące do dostarczania gazu kopalnianego ze zbiornika gazu źródłowego T1 za pomocą pompy podającej P1, tworząc przewód podawania gazu źródłowego L1. Nad kolumnami adsorpcyjnymi A1 - A4 znajdują się przewody odzysku L12 - L42, służące do odzysku metanu jako oczyszczonego gazu docelowego, nie zaadsorbowanego przez adsorbenty A11 - A41 z gazu kopalnianego dostarczanego do kolumn adsorpcyjnych A1 - A4, tworząc przewód odzysku gazu końcowego. Te elementy pozwalają uzyskać rozwiązanie umożliwiające dostarczanie gazu kopalnianego przez przewód podawania gazu źródłowego L1 do kolumn adsorpcyjnych A1 - A4 i odbieranie metanu nie zaadsorbowanego przez adsorbenty A11 - A41 przez przewód odzyskiwania gazu końcowego L2, a tym samym adsorpcję gazu innego niż metan przez adsorbenty A11 - A41 i oddzielenie go od metanu. Ponadto, poniżej kolumn adsorpcyjnych A1 - A4 znajdują się przewody wylotowe L13 - L43, służące do wydalania gazu innego zaadsorbowanego przez adsorbenty A11 - 41, tworząc kanał wydalania gazu innego L3, co umożliwia pobór, z gazu kopalnianego dostarczanego do kanału podawania gazu źródłowego L1, gazu innego niż metan, zaadsorbowanego przez adsorbenty A11 - A41.

W przewodach podawania L11 - L48 znajdują się zawory przełączające V11 - V48, umożliwiając sterownikowi C pełne sterowanie przełączaniem między wydalaniem, wstrzymaniem i podawaniem gazu w obrębie kolumn adsorpcyjnych A1 - A4 za pomocą pomp P1 i P3.

(Sposób koncentracji metanu)

Jak pokazano na rys. fig. 2 i fig. 3, w kolumnach adsorpcyjnych A1 - A4 sterownik C reguluje zaworami przełączającymi V11 - V45 i pompami P1 i P3, w celu:

zaopatrzenia kolumny adsorpcyjnej w adsorbent, adsorbujący gaz inny, składający się głównie z powietrza, z gazu źródłowego o stężeniu metanu 40% lub więcej bądź 70% lub mniej;

sterowania przewodem dostarczania gazu źródłowego w celu dostarczania gazu źródłowego do kolumny adsorpcyjnej;

sterowania przewodem odbioru gazu końcowego (produktu) w celu odbioru metanu, nie zaadsorbowanego przez adsorbent jako gaz końcowy;

sterowania przewodem odbioru gazu w celu odbioru desorbowanego gazu, zaadsorbowanego przez adsorbent;

przeprowadzania adsorpcji zmiennociśnieniowej wykonywanej odwrotnie, z kolumną adsorpcyjną, przewodem podawania gazu źródłowego, z przewodem odbioru gazu końcowego, przewodem odprowadzania gazu innego niż metan, przeprowadzania etapu adsorpcji czyli dostarczania gazu źródłowego do kolumny adsorpcyjnej przez przewód dostarczania gazu źródłowego, adsorpcji przez adsorbent gazu innego niż końcowy przez adsorbent, uzyskiwanie gazu końcowego przez przewód odbioru gazu końcowego, oraz przeprowadzania etapu desorpcji - czyli rozprężania-desorpcji gazu innego niż gaz końcowy zaadsorbowanego przez adsorbent i odbieranie go przez przewód odbioru gazu innego niż końcowy przy zamkniętych przewodach oraz dostarczania gazu źródłowego i uzyskiwania gazu końcowego.

Także tryb sterowania umożliwia zmianę ciśnienia wewnątrz kolumn adsorpcyjnych A1 - A4.

PL 234 955 B1

Poniżej opisano procedurę sterowania kolumną adsorpcyjną A1. Te same czynności wykonuje się w przypadku kolumn adsorpcyjnych A2 - A4. Jednak pominięto szczegółowy opis i zastąpiono go opisem odnoszącym się do rys. fig. 2 i fig. 3 w celu uniknięcia powtarzania informacji. Określenia A1 do A4 odnoszą się do kolumn adsorpcyjnych od pierwszej do czwartej. Rysunki fig. 2 i fig. 3 przedstawiają w etapach działanie i stan ciśnienia przy użyciu zaworów otwierania/zamykania. Liczba w nawiasach trójkątnych „<>” oznacza numer etapu na rysunkach fig. 2 i fig. 3. Opisane poniżej warunki działania służą wyłącznie do celów demonstracyjnych, a obecny wynalazek nie jest ograniczony do tego konkretnego przykładu.

<1> Etap preadsopcji równoległej.

Jak pokazano na rys. fig. 2 i fig. 3, gaz kopalniany, jako gaz źródłowy, jest podawany do pierwszej kolumny adsorpcyjnej A1 ze zbiornika gazu źródłowego T1. W tym momencie ciśnienie w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1 wzrasta poprzez ciśnienie podawania gazu źródłowego. Następnie, gdy powietrze, jako gaz inny w gazie kopalnianym podawanym ze zbiornika gazu źródłowego T1 za pośrednictwem zaworu przełączania V1 w przewodzie podawania L11, jest adsorbowane przez adsorbent A11, odzyskiwany jest metan, który nie został zaadsorbowany, i wprowadzany do zbiornika gazu końcowego T2 za pośrednictwem zaworu przełączania V12 w przewodzie odzysku L12.

W tym momencie, w początkowej fazie etapu adsorpcji, rozpoczyna się adsorpcja w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1 w celu stopniowego zwiększenia ciśnienia wewnątrz pierwszej kolumny adsorpcyjnej A1, z jednoczesnym zmniejszeniem ciśnienia wewnątrz czwartej kolumny adsorpcyjnej A4 w końcowej fazie adsorpcji w czwartej kolumnie adsorpcyjnej A4. To znaczy, że przed rozpoczęciem adsorpcji w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1, przeprowadzana jest preadsorpcja równoległa w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1 razem z postadsorpcją równoległą w czwartej kolumnie adsorpcyjnej A4.

W tym czasie, druga kolumna adsorpcyjną A2 znajduje się w stanie gotowości, a w trzeciej kolumnie adsorpcyjnej A3 rozpoczyna się etap desorpcji. Na rysunku fig. 2 etap gotowości oznaczono jako „etap got.” <2 do 4> Etap adsorpcji

Jak pokazano na rysunku fig. 2 i fig. 3, po etapie preadsorpcji równoległej gaz kopalniany jest podawany do pierwszej kolumny adsorpcyjnej A1 ze zbiornika gazu źródłowego T1. W tym momencie ciśnienie w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1 jest dalej zwiększane poprzez ciśnienie podawania gazu źródłowego. Gdy powietrze jest adsorbowane przez adsorbent A11 za pośrednictwem zaworu przełączania V11 w przewodzie podawania, odzyskiwany jest metan i wprowadzany do zbiornika gazu końcowego T2.

W tym czasie, w drugiej kolumnie adsorpcyjnej A2 wykonywane jest końcowe wyrównywanie ciśnienia (polegające na zwiększaniu ciśnienia) <2>, i następuje przejście do etapu zwiększania ciśnienia <3 do 4>.

W trzeciej kolumnie adsorpcyjnej A3 wykonywane jest przepłukiwanie <3>, oznaczone na rysunku fig. 2 jako „etap płuk.”, oraz wstępne wyrównywanie ciśnienia (polegające na zwiększaniu ciśnienia) <4>, następujące po etapie desorpcji <2>.

W czwartej kolumnie adsorpcyjnej A4 wykonywane jest wstępne wyrównywanie ciśnienia (polegające na obniżaniu ciśnienia) <2> i następuje przejście do etapu końcowego wyrównywania ciśnienia (polegającego na obniżaniu ciśnienia) <4>, z pośrednim etapem gotowości <3>.

Można uzyskać stężenie metanu w gazie końcowym o wartości 90% lub większej, ustawiając m.in. odpowiedni czas adsorpcji. Przykładowo, w przypadku cylindrycznej kolumny adsorpcyjnej A1 (średnica wew. 54 mm, objętość 5,7 L) i obróbki gazu źródłowego zawierającego 60% metanu i 50% azotu przy 12 NL/min, odzyskano i wprowadzono do zbiornika gazu końcowego T2 gaz końcowy o stężeniu metanu 95%, stężeniu azotu 5% i ciśnieniu ok. 0,7 MPaG po przeprowadzeniu adsorpcji przez ok. 90 sekund przy ciśnieniu podawania uzyskanym za pomocą pompy podającej P1 o wartości ok. 0,7 MPaG. Kolumnę adsorpcyjną wypełniono adsorbentem C o średnicy cząsteczki 1.8 mm0 i gęstości upakowania 0,69 g/mL.

<5> Etap postadsorpcji równoległej

W końcowej fazie etapu adsorpcji w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1 przeprowadzana jest postadsorpcja równoległa równolegle z predadsorpcją równoległą w drugiej kolumnie adsorpcyjnej A2 w początkowym etapie adsorpcji. To znaczy, że ilość podawanego gazu kopalnianego w etapie adsorpcji i ilość gazu kopalnianego podawanego do pierwszej i drugiej kolumny adsorpcyjnej A1 i A2 w obecnym etapie jest taka sama, i dlatego, w obecnym etapie każda z ilości podawanego gazu kopalnianego do pierwszej i drugiej kolumny adsorpcyjnej A1 i A2 ustalana jest jako mniejsza niż ilość podawanego

PL 234 955 B1 gazu kopalnianego w etapie adsorpcji. Odpowiednio, jak pokazano na rys. 2 i 3, w obecnym etapie, zmniejszając natężenie przepływu w końcowej fazie etapu adsorpcji, można wstrzymać zmiany w kolumnie adsorpcyjnej, aby zapewnić stopniowy przebieg operacji; istnieje możliwość ustabilizowania przepływu gazu kopalnianego w kolumnie adsorpcyjnej A, zapobieżenia powstaniu gwałtownego strumienia w kolumnie adsorpcyjnej A1 i stabilnego działania adsorbentu A11.

W tym czasie, trzecia kolumna adsorpcyjną A3 znajduje się w stanie gotowości (etap got.), a w czwartej kolumnie adsorpcyjnej A4 odbywa się etap desorpcji.

<6> Etap wstępnego wyrównywania ciśnienia (obniżanie ciśnienia)

W pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1, po ukończeniu etapu adsorpcji, wyk onywany jest etap wstępnego wyrównywania ciśnienia (polegający na obniżaniu ciśnienia) między pierwszą kolumną, a trzecią kolumną adsorpcyjną A3, gdzie odbywa się etap końcowego wyrównywania ciśnienia (polegający na zwiększaniu ciśnienia). To znaczy, że, jak pokazano na rysunku fig.2 i fig.3, gaz nie zaadsorbowany w kolumnie jest wydalany za pomocą zaworu przełączania V17 w kanale wyrównywania ciśnienia L17 i przekazywany do trzeciej kolumny adsorpcyjnej A3 za pomocą zaworu przełączania V37. W rezultacie, jak pokazano na rys. fig. 2, wyrównywanie ciśnienia następuje między pierwszą kolumną adsorpcyjną A1 a trzecią kolumną adsorpcyjną A3 w stanie ciśnienie niskie - ciśnienie średnie.

W tym czasie, w drugiej kolumnie adsorpcyjnej A2 przeprowadzana jest adsorpcja, a w czwartej kolumnie A4 etap desorpcji.

<7> Etap gotowości

Następnie, pierwsza kolumna adsorpcyjną A1 przechodzi w stan gotowości i utrzymywany jest stan ciśnienie wysokie - ciśnienie średnie.

W tym czasie, w drugiej kolumnie adsorpcyjnej A2 przeprowadzana jest adsorpcja, w trzeciej kolumnie adsorpcyjnej A3 rozpoczyna się etap zwiększania ciśnienia, a w czwartej kolumnie adsorpcyjnej A4 etap przepłukiwania.

<8> Etap końcowego wyrównywania ciśnienia (polegający na obniżaniu ciśnienia)

Następnie, jak pokazano na rys. fig. 2 i fig. 3, w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1 wykonywany jest etap końcowego wyrównywania ciśnienia (polegający na obniżaniu ciśnienia) między pierwszą kolumną, a czwartą kolumną adsorpcyjną A4, gdzie zakończył się etap desorpcji i jest wykonywany etap wstępnego wyrównywania ciśnienia (zwiększanie ciśnienia). To znaczy, że gaz nie zaadsorbowany w kolumnie i gaz inny, który podlega desorpcji z adsorbentu A11 są odprowadzane za pomocą zaworu przełączania V17 w przewodzie wyrównywania ciśnienia L17 i przekazywane do czwartej kolumny adsorpcyjnej A4 za pomocą zaworu przełączania V47. W rezultacie, wyrównywanie ciśnienia następuje między pierwszą kolumną adsorpcyjną A1, a czwartą kolumną adsorpcyjną A4, gdzie zakończyła się desorpcja i panuje stan niskiego ciśnienia.

W tym czasie, w drugiej kolumnie adsorpcyjnej A2 przeprowadzana jest adsorpcja, a w trzeciej kolumnie A3 etap zwiększania ciśnienia.

<9 do 10> Etap desorpcji

Jak pokazano na rysunku fig. 2 i fig. 3, w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1, w której osiągnięto stan ciśnienie niskie - ciśnienie średnie, gaz inny o wysokim stężeniu jest adsorbowany przez adsorbent A11 w kolumnie, a gaz o wysokim stężeniu zaadsorbowany przez adsorbent A11 jest odzyskiwany w etapie desorpcji, dekompresji wnętrza kolumny z ciśnienia niskiego - średniego do niskiego za pomocą pompy próżniowej P3. To znaczy, że skoncentrowany gaz inny jest odzyskiwany za pomocą zaworu przełączania V13 w przewodzie wydechowym L13.

W tym czasie, po przeprowadzeniu etapu postadsorpcji równoległej <9> równolegle z trzecią kolumną adsorpcyjną A3, w drugiej kolumnie adsorpcyjnej A2 przeprowadzany jest etap wstępnego wyrównywania ciśnienia (polegający na obniżaniu ciśnienia) <10> między kolumną drugą a czwartą kolumną adsorpcyjną A4.

W trzeciej kolumnie adsorpcyjnej A3, po etapie preadsorpcji równoległej <9> przeprowadzonej równolegle z kolumną drugą A2, wykonywany jest etap adsorpcji <10>.

Po etapie gotowości <9>, w czwartej kolumnie adsorpcyjnej A4 wykonywane jest końcowe wyrównywanie ciśnienia (polegające na zwiększaniu ciśnienia) <10> między czwartą a drugą kolumną adsorpcyjną A2.

<11 > Etap przepłukiwania

Jak pokazano na rys. fig. 2 i fig. 3, pierwsza kolumna adsorpcyjną A1, która przeszła do stanu niskiego ciśnienia, przepłukuje gaz w kolumnie do gazu zawierającego głównie metan przez spowodo

PL 234 955 B1 wanie przepływu gazu końcowego do kolumny. To znaczy, że zawór otwierania/zamykania Vo4 w kanale przepłukiwania L4 jest otwarty, zawór iglicowy Vn4 jest odpowiednio ustawiony, a gaz końcowy wpływa do pierwszej kolumny adsorpcyjnej A1 ze zbiornika gazu końcowego T2 za pośrednictwem zaworu przełączania V14 w przewodzie przepłukiwania L14, powodując oddziaływanie ciśnienia wewnątrz zbiornika gazu końcowego T2 na kolumnę adsorpcyjną A1, co umożliwia zastąpienie atmosfery w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1 metanem. Gaz pozostający w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1 jest odprowadzany jako gaz wydechowy przez przewód odbioru gazu innego L3 przy użyciu zaworu przełączania V13 w przewodzie wylotowym L13.

W tym czasie, druga kolumna adsorpcyjną A2 znajduje się w stanie gotowości, określonym na rysunku fig. 2 jako „Etap got”, a w trzeciej kolumnie adsorpcyjnej A3 odbywa się etap adsorpcji. Ponadto w czwartej kolumnie adsorpcyjnej A4 wykonywane jest zwiększanie ciśnienia.

<12> Etap wstępnego wyrównywania ciśnienia (polegające na zwiększaniu ciśnienia)

Jak pokazano na rys. fig. 2 i fig. 3, w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1, w której zapanował stan ciśnienia niskiego, zaadsorbowane powietrze zostało uwolnione, a adsorbent A11 zregenerowany, przeprowadzany jest w etap wstępnego wyrównywania ciśnienia (polegający na zwiększaniu ciśnienia) między kolumną pierwszą a drugą kolumną adsorpcyjną A2, a tym samym przywracanie ciśnienia w kolumnie i uzyskiwanie gazu wydechowego odebranego podczas etapu końcowego wyrównywania ciśnienia (polegającego na obniżaniu ciśnienia) w drugiej kolumnie adsorpcyjnej A2 - gazu zawierającego metan dzięki gazowi desorbowanemu z adsorbentu A21. To znaczy, że gaz wydalany z drugiej kolumny adsorpcyjnej A2 przy stanie ciśnienia ciśnienie wysokie - ciśnienie średnie za pośrednictwem zaworu przełączania V27 w przewodzie wyrównywania ciśnienia L27 jest odbierany w przewodzie wyrównywania ciśnienia L7 między kolumnami za pośrednictwem zaworu przełączania V14 w przewodzie przepłukiwania L14. W rezultacie, jak pokazano na rys. fig. 2, w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1 przywracane jest ciśnienie ze stanu ciśnienia niskiego do stanu ciśnienia niskie - średnie.

W tym czasie, w trzeciej kolumnie adsorpcyjnej A3 przeprowadzana jest adsorpcja, a w czwartej kolumnie A4 etap zwiększania ciśnienia.

<13> Etap gotowości

Następnie, jak pokazano na rys. fig. 2 i fig. 3, pierwsza kolumna adsorpcyjną A1 przechodzi w stan gotowości (oznaczony na rysunku fig. 2 jako „Etap. got.”) i utrzymywany jest stan ciśnienie wysokie - ciśnienie średnie.

W tym czasie, w drugiej kolumnie adsorpcyjnej A2 przeprowadzana jest desorpcja, w trzeciej kolumnie adsorpcyjnej A3 rozpoczyna się etap postadsorpcji równoległej, a w czwartej kolumnie adsorpcyjnej A4 etap preadsorpcji równoległej.

<14> Etap końcowego wyrównywania ciśnienia (polegający na zwiększaniu ciśnienia)

Jak pokazano na rysunku fig. 2 i fig. 3, w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1, w której zostało przywrócone ciśnienie do stanu ciśnienie niskie - ciśnienie średnie, dalej jest przywracane ciśnienie przez dalsze końcowe wyrównywanie ciśnienia (zwiększanie ciśnienia) między pierwszą kolumną, a trzecią kolumną adsorpcyjną A3, w której natychmiast po zakończeniu wstępnego wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) przeprowadzana jest adsorpcja. To znaczy, że gaz w kolumnie odbierany z trzeciej kolumny adsorpcyjnej A3 przy stanie ciśnienia wysokiego jest odbierany w przewodach wyrównywania ciśnienia L17 - L37 kanału wyrównywania ciśnienia L7 między kolumnami za pośrednictwem zaworu przełączania V17 i V37. W rezultacie, jak pokazano na rys. fig. 2, w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1 przywracane jest ciśnienie ze stanu ciśnienia niskiego - ciśnienia średniego do stanu ciśnienie wysokie - ciśnienie średnie.

W tym czasie, w drugiej kolumnie adsorpcyjnej A2 przeprowadzana jest desorpcja, a w czwartej kolumnie A4 etap adsorpcji.

<15 do 16> Etap zwiększania ciśnienia

Jak pokazano na rysunku fig. 2, ciśnienie w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1, w której ciśnienie zostało przywrócone do stanu ciśnienia wysokiego - średniego ciśnienia, jest przywracane do ciśnienia wysokiego przez wtrysk gazu końcowego. W rezultacie, ciśnienie wewnątrz pierwszej kolumny adsorpcyjnej A1 jest przywracane do stanu ciśnienia wysokiego, a wnętrze regenerowane przez dostarczanie gazu kopalnianego w stan ciśnienia wysokiego, co umożliwia adsorpcję powietrza znajdującego się w gazie kopalnianym.

[0070] W tym czasie, w drugiej kolumnie adsorpcyjnej A2 przeprowadzany jest etap wstępnego wyrównywania ciśnienia polegający na zwiększaniu ciśnienia <16> między kolumną drugą a trzecią kolumną adsorpcyjną A3, następujący po etapie przepłukiwania <15>. Po etapie gotowości <15>,

PL 234 955 B1 w trzeciej kolumnie adsorpcyjnej A3 wykonywany jest etap końcowego wyrównywania ciśnienia polegający na obniżaniu ciśnienia <16> między trzecią, a drugą kolumną adsorpcyjną A2. W czwartej kolumnie adsorpcyjnej A4 przeprowadzana jest adsorpcja.

W tym czasie, przy ustawieniu zaworów otwierania/zamykania jak pokazano na rys. fig. 2 i fig. 3, w drugiej kolumnie adsorpcyjnej A2 wykonywany jest etap wstępnego wyrównywania ciśnienia polegający na zwiększaniu ciśnienia, a w trzeciej kolumnie adsorpcyjnej A3 etap końcowego wyrównywania ciśnienia polegający na obniżaniu ciśnienia, co oznacza, że następuje wyrównywanie ciśnienia między tymi kolumnami.

Inne przykłady wykonania.

(1) Przedstawione urządzenie do oczyszczania gazu może być odpowiednio wyposażone w czujnik ciśnienia, czujnik temperatury, itp. W szczególności wyposaża się urządzenie w czujnik ciśnienia i czujnik gazu w celu monitorowania ciśnienia podawania gazu źródłowego i stężenia metanu w gazie końcowym, jednak szczegółowy opis pominięto w powyższym wykonaniu.

(2) Cykl PSA czyli adsorpcji zmiennociśnieniowej, nie jest ograniczany do jednego, opisanego powyżej, w przypadku ustawienia, umożliwiającego ciągłą, efektywną pracę kolumn adsorpcyjnych; istnieje możliwość wprowadzenia różnorodnych modyfikacji. Przykładowo, w przypadku urządzenia do oczyszczania gazu o powyższej konfiguracji przedstawionej na rys. fig. 7, istnieje możliwość przeprowadzania procesu oczyszczania zgodnie z rys. fig. 8. Choć powyżej opisane wykonanie stanowi przykład zastosowania sposobu oczyszczania gazu do oczyszczania gazu kopalnianego, sposób można zastosować w przypadku innego gazu niż gaz kopalniany, zawierającego metan na tym samym poziomie co gaz kopalniany, takiego jak na przykład biogaz; można ją również stosować do oczyszczania przez adsorpcję gazu innego niż docelowy gaz oczyszczony z gazu źródłowego. Można odpowiednio zmienić adsorbent, dostosowując do rodzaju i stężenia docelowego gazu oczyszczonego i gazu innego.

(4) Gdy jako gaz źródłowy wykorzystywany jest gaz kopalniany, stężenie metanu jest niskie, a uzyskanie odpowiedniej czystości jest mało prawdopodobne, dlatego, przed zastosowaniem sposobu oczyszczania gazu należy zastosować gaz zawierający niskie stężenie metanu, poniżej 50%, jako przeciwprądowy gaz źródłowy, przeciwprądową kolumnę adsorpcyjną wypełnioną adsorbentem metanu, adsorbującym metan z gazu źródłowego, przeciwprądowy przewód podawania gazu źródłowego, służący do dostarczania gazu źródłowego do przeciwprądowej kolumny adsorpcyjnej, przeciwprądowy przewód odbioru gazu, służący do wydalania desorbowanego gazu, nie zaadsorbowanego przez adsorbent metanu, przeciwprądowy kanał odzysku gazu, służący do odzyskiwania desorbowanego metanu, zaadsorbowanego przez adsorbent metanu, przeciwprądową kolumnę adsorpcyjną, przewód podawania gazu źródłowego, przewód odbioru gazu innego i przewód odzysku gazu, działające odwrotnie przeciwprądowy etap adsorpcji polegający na dostarczaniu gazu źródłowego do przeciwprądowej kolumny adsorpcyjnej przez przewód podawania gazu źródłowego, adsorpcję metanu przez adsorbent metanu, odbiór gazu innego, nie zaadsorbowanego przez adsorbent metanu, przeciwprądowy etap desorpcji polegający na desorpcji zaadsorbowanego metanu i odzysku metanu z przewodu odzysku gazu, przy zamkniętych przewodach podawania gazu i odbioru gazu innego, dzięki czemu uzyskuje się gaz odzyskany przez przeciwprądowy przewód odzysku gazu, jako gaz źródłowy o stężeniu metanu od 40% do 70%.

Z tego względu możliwe jest przyjęcie konfiguracji przedstawionej na rysunku fig. 9.

Na rysunku fig. 9, oprócz wykorzystania opisanego powyżej urządzenia do oczyszczania gazu jako urządzenia do oczyszczania gazu działającego współprądowo, wykorzystane jest urządzenie PSA jako urządzenie do oczyszczania gazu działające przeciwprądowo. Urządzenie PSA jest tak sk onfigurowane, że adsorbenty A11a - A41a we współprądowym urządzeniu do oczyszczenia gazu zostają zmienione na adsorbenty metanu, funkcje współprądowego przewodu odzysku gazu końcowego jako produktu L2p i współprądowego przewodu odbioru gazu innego L3p we współprądowym urządzeniu do oczyszczania gazu są zamienione, a przeciwprądowy etap adsorpcji, desorpcja metanu zaadsorbowanego przez adsorbenty A11a - A41a i odzyskiwanie metanu z przeciwprądowego przewodu odzyskiwania gazu końcowego jako produktu L2a, przy zamkniętych przeciwprądowych kanałach dostarczania gazu źródłowego L1a o wydalania gazu innego L3a, jest przeprowadzany w sposób odwrotny, a gaz

PL 234 955 B1 odzyskany z przeciwprądowego przewodu odzysku gazu końcowego L2a jest dostarczany do współprądowego urządzenia do oczyszczania gazu jako gaz źródłowy o stężeniu metanu od 40% do 70%.

Na rysunku fig. 9, elementy pełniące te same funkcje jak odpowiadające im elementy w urządzeniu do oczyszczania gazu na rysunku fig. 1, są oznaczone tymi samymi liczbami, jak w przypadku urządzenia na rys. 1, z dodaną literą „a” w przypadku urządzenia działającego przeciwprądowego oraz „p” w przypadku urządzenia działającego współprądowo. Pominięto szczegółowy opis powyższych elementów. Należy zwrócić uwagę na różnicę między przeciwprądowym a współprądowym urządzeniem do oczyszczania gazu. W przypadku urządzenia działającego współprądowo, współprądowy przewód odzysku gazu końcowego L2p jest podłączony do górnej części kolumn adsorpcyjnych A1p - A4p, a współprądowy przewód odbierania gazu innego L3p jest podłączony do dolnej części kolumn adsorpcyjnych A1p - A4p, podczas gdy w przypadku urządzenia działającego przeciwprądowo, przeciwprądowy kanał odzysku gazu końcowego L2a jest podłączony do dolnej części kolumn adsorpcyjnych A1 a - A4a, natomiast przeciwprądowy kanał wydalania gazu innego L3a do górnej części kolumn adsorpcyjnych A1a - A4a.

W takiej konfiguracji jako adsorbentu metanu należy użyć, adsorbentu m etanu 21 a - jednego z grupy, do której należy węgiel aktywny, zeolit, żel krzemionkowy, związek metaloorganiczny taki jak fumaran miedzi, etylen miedzi, cykloheksanodikarboksylan miedzi, itp., o przeciętnej średnicy porów wynoszącej 4,5-15A jak określa metoda MP oraz ilości adsorpcji metanu w wysokości 20 Nml/g lub większej pod ciśnieniem atmosferycznym i w temperaturze 298 K.

Taki adsorbent posiada właściwość selektywnej adsorpcji metanu znajdującego się w gazie źródłowym przy wysokim ciśnieniu, bliskim ciśnieniu atmosferycznemu, i desorpcji zaadsorbowanego metanu przy niskim ciśnieniu, niższym niż atmosferyczne.

W kolumnach adsorpcyjnych A1a - A4a, sterownik C steruje zaworami przełączania V11a - V45a i pompami P1a i P2a w urządzeniu do oczyszczania gazu działającym przeciwprądowo w celu przeprowadzenia kolejno następujących etapów:

etapu adsorpcji - uzyskania metanu przy wysokim ciśnieniu, bliskim atmosferycznemu zdolnej części kolumn adsorpcyjnych A1a - A4a, adsorpcji metanu przez adsorbenty A11a - A41a i uwolnienie gazu odlotowego, składającego się głównie z powietrza z górnej części kolumn adsorpcyjnych A1a - A4a;

etapu wstępnego wyrównywania ciśnienia (obniżanie ciśnienia) - przemieszczenia gazu o niskim stężeniu metanu, znajdującego się w jednej z kolumn adsorpcyjnych A1a - A4a przy wysokim ciśnieniu do innej kolumny adsorpcyjnej Aa - A4a, gdzie panuje średnie ciśnienie, przy ciśnieniu niższym niż w jednej z kolumn adsorpcyjnych A1a - A4a, tak aby doprowadzić ciśnienie w jednej z kolumn adsorpcyjnych A1a - A4a do stanu ciśnienie wysokie - średnie ciśnienie; etapu gotowości;

etapu końcowego wyrównywania ciśnienia polegającego na obniżaniu ciśnienia - przemieszczenia gazu o nieco wyższym stężeniu metanu niż w etapie wstępnego wyrównywania ciśnienia obniżania ciśnienia, w jednej z kolumn adsorpcyjnych A1a - A4a przy średnim ciśnieniu do innej kolumny adsorpcyjnej A1a - A4a, gdzie panuje niskie ciśnienie, przy ciśnieniu wyższym niż ciśnienie niskie, tak aby doprowadzić ciśnienie w jednej z kolumn adsorpcyjnych A1a - A4a do stanu ciśnienie niskie - ciśnienie średnie;

po redukcji ciśnienia w kolumnie przez etap wyrównywania ciśnienia polegający na obniżaniu ciśnienia, etapu dekompresji - dalszego obniżania ciśnienia jednego z adsorbentów A11a - A41a do stanu ciśnienia niskiego w celu desorpcji metanu zaadsorbowanego przez jeden z adsorbentów A11a - A41a i odzysku metanu z dolnej części jednej z kolumn adsorpcyjnych A1a - A4a;

etapu wstępnego wyrównywania ciśnienia polegającego na zwiększaniu ciśnienia - uzyskiwania do jednej z kolumn adsorpcyjnych A1a - A4a o niskim stanie ciśnienia gazu w innej kolumnie adsorpcyjnej A1a - A4a z ciśnieniem wysokim - średnim, tak aby doprowadzić ciśnienie w jednej z kolumn adsorpcyjnych A1a - A4a do stanu ciśnienie niskie - ciśnienie średnie;

etapu końcowego wyrównywania ciśnienia polegający na zwiększaniu ciśnienia, uzyskiwania do jednej z kolumn adsorpcyjnych A1a - A4a o ciśnieniu niskie - średnie gazu w innej kolumnie adsorpcyjnej A1a - A4a z ciśnieniem wysokim, tak aby doprowadzić ciśnienie w jednej z kolumn adsorpcyjnych A1a - A4a do stanu ciśnienie wysokie - ciśnienie średnie;

etapu gotowości oraz, po zwiększeniu ciśnienia w kolumnie przez etap wyrównywania ciśnienia polegający na zwiększaniu ciśnienia, etapu zwiększania ciśnienia - dalszego podawania powietrza zwiększającego ciśnienie do jednej z kolumn adsorpcyjnych A1a - A4a z górnej części innej kolumny adsorpcyjnej A1a - A4a,

PL 234 955 B1 tak aby przywrócić odpowiednie ciśnienie adsorbentów A11a - A41a do stanu ciśnienia wysokiego, w którym może nastąpić selektywna adsorpcja metanu.

Powyższe etapy umożliwiają uzyskanie gazu o stężeniu metanu ok. 50% - 70% z gazu źródłowego zawierającego np. od 20% do 40% metanu w urządzeniu do oczyszczania gazu działającym przeciwprądowo, metodę oczyszczania gazu zgodnie z obecnym wynalazkiem można stosować nawet w przypadku gazu kopalnianego o stosunkowo niskim stężeniu metanu, który skoncentrowano do określonego stopnia, jako gaz źródłowy w urządzeniu działającym przeciwprądowo jako gaz źródłowy. Dlatego, istnieje możliwość efektywnego odzysku wysokiego stężenia metanu. Umożliwia to zastosowanie metody oczyszczania gazu zgodnie z obecnym wynalazkiem w przypadku gazów źródłowych o zróżnicowanym stężeniu metanu.

(5) Chociaż etap przepłukiwania odbywa się przy ciśnieniu gazu końcowego w powyżej opisanym urządzeniu do oczyszczania gazu, można przyjąć taką konfigurację, w której przeprowadzana jest dekompresja za pomocą pompy próżniowej P3. To znaczy, że można przyjąć konfigurację przedstawioną na rysunku fig. 10.

Przepłukiwanie gazem końcowym należy przeprowadzić w przypadku odbioru gazu z przewodu odbioru gazu innego L3 za pomocą pompy próżniowej P3, w efekcie czego zwiększa się ilość gazu końcowego, a tym samym współczynnik odzysku.

(6) Powyżej opisane wykonanie jest skonfigurowane tak, aby odbierać gaz wydechowy podczas etapu desorpcji i przepłukiwania przez zespół przewodu L3 odbioru gazu innego. Jednak, jako że część gazu wydechowego, powstałego podczas etapu desorpcji i przepłukiwania, zawiera wysokie stężenie metanu, można połączyć przewód recyklingowy L5 z zaworem przełączania V5 lub podobnym jak pokazano na rysunku fig. 11 w celu ponownego przetworzenia gazu wydechowego jako gazu źródłowego, zwiększając wydajność odzysku.

(7) W powyżej opisanym przykładzie wykonania jako adsorbenty A11 - A41 wykorzystano węglowe sito molekularne o objętości porów (V0,38), przy średnicy porów 0,38 nm lub większej, nieprzekraczającej 0,05 cm³/g oraz objętości porów (V0,34), przy średnicy porów 0,34 nm, wynoszącej 0,15 cm³/g lub większej; rozkład średnicy porów zmierzony metodą MP.

Jednak można również użyć węglowego sita molekularnego o objętości porów (V0,38), przy średnicy porów 0,38 nm lub większej, nieprzekraczającej 0,01 cm³/g oraz objętości porów (V0,34), przy średnicy porów 0,34 nm, wynoszącej 0,20 cm³/g lub większej; rozkład średnicy porów zmierzony metodą MP. Przykłady zastosowania takiego adsorbentu stanowią adsorbenty A - C, oraz F jak pokazano na rys. 4.

Jak pokazano na rysunku fig. 5, w przypadku adsorbentu C ilość zaadsorbowanego metanu w momencie, w którym ilość zaadsorbowanego azotu osiągnęła równowagę, wynosi 40% wielkości równowagi adsorpcyjnej. W odróżnieniu od powyższego, choć tego nie pokazano, w przypadku adsorbentu G ilość zaadsorbowanego metanu w momencie, gdy ilość zaadsorbowanego azotu osiągnęła równowagę, wynosi ok. 60% wielkości równowagi adsorpcyjnej.

Można zatem zauważyć, że w przypadku adsorbentu C istnieje znaczna różnica między momentem, w którym występuje adsorpcja gazów innych a momentem występowania adsorpcji metanu, dlatego do uzyskania zdolności adsorpcji metanu wymagany jest dużo dłuższy okres czasu. W przypadku adsorbentu G różnica jest niewielka, zatem w dość krótkim czasie można uzyskać zdolność adsorpcji metanu.

Zastosowanie w przemyśle

Niniejszy wynalazek umożliwia poprawę wskaźnika odzysku gazu końcowego po obróbce w urządzeniu do oczyszczania gazu wykorzystującym układ PSA i jednoczesne pozwala uzyskać wysoką czystość i wskaźnik odzysku metanu oraz dobrą wydajność energetyczną.

PL 234 955 B1

Wykaz oznaczeń na rysunku.

A1 do A4: Kolumny absorpcyjne od pierwszej do czwartej

A11 do A41: Adsorbenty

C: Sterownik

L1: Przewód podawania gazu źródłowego

L2: Przewód odbioru gazu końcowego (produktu)

L3: Przewód odbioru gazu innego

L4: Przewód przepłukiwania gazem końcowym

L7: Przewód wyrównywania ciśnienia między kolumnami

L8: Przewód zwiększania ciśnienia gazu końcowego

L9: Przewód odzysku zregenerowanego gazu

L10, L30: Przewody obejścia (bypassy)

L11 do L41: Przewód podawania

L12 do L42: Przewody odbioru

L13 do L43: Przewody gazu wydechowego

L14 do L44; Przewody przepłukiwania

L17 do L47: Przewody wyrównywania ciśnienia

L18 do L148; Przewody zwiększania ciśnienia

P1 :	Pompa podająca
P2:	Pompa
P3:	Pompa próżniowa
T1 :	Zbiornik gazu źródłowego
T2:	Zbiornik gazu końcowego (produktu)
T5:	Zbiornik gazu regenerowanego

V11 do V44:	Zawory przełączania
Vc1 do Vc8:	Zawory regulacji ciśnienia
Vn4, Vn7:	Zawory iglicowe
Vo3 do Vo8:	Zawory otwierania/zamykania

Vr4: Zawór redukcji ciśnienia

Claims

1. Sposób oczyszczania gazu, gdzie doprowadza się gaz źródłowy:

do kolumny adsorpcyjnej wypełnionej adsorbentem, adsorbującym gaz inny niż metan z gazu źródłowego zawierającego metan;

przewodem dostarczania gazu źródłowego do kolumny adsorpcyjnej; oraz przewodem odbierania produktu w postaci gazu końcowego, którym odbiera się metan stanowiący gaz końcowy, nie zaadsorbowany przez adsorbent;

oraz z przewodem odprowadzania gazu, którym odprowadza się desorbowany gaz, zaadsorbowanego przez adsorbent, gdzie wykorzystuje się naprzemiennie, współpracujący z kolumną adsorpcyjną, przewód dostarczania gazu źródłowego, przewód odbioru gazu końcowego, i przewód odprowadzania gazu innego niż gaz końcowy, i prowadzi się etap adsorpcji gdzie doprowadza się gaz źródłowy do kolumny adsorpcyjnej przez przewód dostarczania gazu źródłowego, adsorbuje się gaz inny niż gaz końcowy na adsorbencie i odbiera się gaz końcowy przez przewód odbioru gazu końcowego, oraz w etapie desorpcji rozpręża się i desorbuje się gaz inny niż gaz końcowy, zaadsorbowany przez adsorbent, i odbiera się ten gaz przez przewód odbioru gazu innego niż gaz końcowy, przy zamkniętych przewodach dostarczania gazu źródłowego i odbioru gazu końcowego, znamienny tym, że jako adsorbent stosuje się węglowe sito molekularne o objętości porów (Vo,38), przy średnicy porów 0,38 nm lub większej, nieprzekraczającej 0,05 cm³/g oraz o objętości porów (Vo,34), przy średnicy porów 0,34 nm, wynoszącej 0,15 cm³/g lub więcej, gdzie rozkład średnic porów mie

PL 234 955 B1 rzono za pomocą metody MP, oraz, podczas etapu adsorpcji, adsorbuje się gaz inny niż metan, i ten inny gaz adsorbuje się z gazu źródłowego poprzez kontakt gazu źródłowego z adsorbentem w czasie od 10 sekund do 600 sekund i uzyskuje się skoncentrowany metan.

2. Sposób oczyszczania gazu według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że stosuje się adsorbent o objętości porów (Vo,38), przy średnicy porów 0,38 nm lub większej, nieprzekraczającej 0,01 cm³/g oraz o objętości porów (Vo,34), przy średnicy porów 0,34 nm, wynoszącej 0,20 cm³/g lub więcej.

3. Sposób oczyszczania gazu według zastrzeżenia 1 lub 2, znamienny tym, że stosuje się adsorbent o średnicy cząstek od 0,5 mm0 do 3,0 mm0, oraz o gęstości upakowania w kolumnie adsorpcyjnej od 0,60 g/mL do 0,75 g/mL.

4. Sposób oczyszczania gazu według zastrzeżenia 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że: przed zastosowaniem wymienionego sposobu oczyszczania gazu, doprowadza się gaz zawierający niskie stężenie metanu, poniżej 50%, jako gaz źródłowy, przy czym;

desorbuje się metan zaadsorbowany przez adsorbent metanu i odbiera się metan przeciwprądowym przewodem odbioru metanu z dolnej części kolumny, służącym do odzyskiwania desorbowanego metanu; oraz stosuje się odwrotnie działający, przeciwprądowo z kolumną adsorpcyjną, przewód podawania gazu źródłowego, przewód odbioru gazu innego i przewód odzysku gazu, gdzie prowadzi się przeciwprądowy etap adsorpcji w którym dostarcza się gaz źródłowy w przeciwprądzie do kolumny adsorpcyjnej przez kanał podawania gazu źródłowego, adsorbuje się metan na adsorbencie metanu, i odbiera się gaz inny, nie zaadsorbowany przez adsorbent metanu, a następnie desorbuje się zaadsorbowany metan przeciwprądowo i odzyskuje się metan przez przeciwprądowy przewód odzysku gazu, przy zamkniętych przeciwprądowych przewodach podawania gazu i odbierania gazu innego niż metan, i odbiera się gaz odzyskany przez kanał przeciwprądowy odzysku gazu jato gaz źródłowy o stężeniu metanu 50% lub większym.