DE2260872A1 - Verfahren zur erzeugung von stickstoff zur verwendung als inertgas und vorrichtung dazu - Google Patents
Verfahren zur erzeugung von stickstoff zur verwendung als inertgas und vorrichtung dazuInfo
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Description
5. Dezember 1972 Tpat/1670/L/Bs
Verfahren zur Erzeugung von Stickstoff zur Verwendung als Inertgas und Vorrichtung dazu
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Stickstoff zur Verwendung
als Inertgas durch Abscheidung von Kohlendioxid aus einem im wesentlichen aus Stickstoff und Kohlendioxid bestehenden Gasgemisch und eine
geeignete Vorrichtung dazu.
Beim Transport von brennbaren Flüssigkeiten oder explosiven Gasen auf
Schiffen sind häufig große Mengen von Inertgas notwendig. Das Inertgas
wird z.B. während des Entleerens in die Tanks eingebracht!, um Explosionen zu
verhindern. Weiterhin sind z.B. die Tanks für Erdgas oder Produktgas, das in der Regel unter Normaldruck im flüssigen Zustand bei entsprechend niedrigen
Temperaturen transportiert wird, doppelwandig ausgebildet und der dadurch
gebildete Raum CKofferdamm) ist mit Inertgas gefüllt. Insbesondere für diese
Kofferdämme ist Stickstoff als Inertgas besonders geeignet, und zwar Im Hinblick
auf die tiefen Temperaturen (ca. - 165 0C), mit denen zum Beispiel
Erdgas auf Schiffen transportiert wird.
Da flüssiger Stickstoff in den meisten Häfen entweder nicht oder nur zu
ungünstigen Preisen zu kaufen ist, möchte man auch Stickstoff-Inertgas an Bord erzeugen, insbesondere dann, wenn bereits eine Erzeugungsanlage für
aus einem Gemisch von Stickstoff und Kohlendioxid bestehendes Inertgas
vorhanden ist. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zur Erzeugung von Stickstoff zur Verwendung als Inertgas durch Abscheidung von Kohlendioxid aus einem Im wesentlichen aus Stickstoff und
Kohlendioxid bestehenden Gasgemisch anzugeben, das die Stickstofferzeugung in einfacher Welse an Bord ermöglicht.
Erfindungsgemäß ist dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch
abwechselnd einen ersten von zwei parallel geschalteten Tanks mit zur Adsorption von Kohlendioxid geeigneten Molekularsieb-Betten durchströmt,
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während gleichzeitig das Im zweiten Tank befind!Iehe MolekülarsIeb-Bett
desorbiert wird, und zwar durch einen aus einem Teil des den ersten Tank
verlassenden Stickstoffs bestehenden Gasstrom, der den zweiten Tank in einer
solchen Richtung durchsetzt, die der Richtung des den zweiten Tank In der
Adsorptionsphase durchsetzten Gasgemisches entgegengesetzt ist. Mit einem
derartigen Verfahren Ist eine kontinuierliche Erzeugung von Stt.ckstoff-Inertgas
möglich. Da die Desorption der Molekularsieb-Betten mit einem
Teit des erzeugten Stickstoffs erfolgt, können zusätzliche Desorpttonsanlagen
entfalIen.
(vorzugsweise ca. 0,5 kg/cm ) und die Desorption unter Unterdruck (vorzugsweise
ca. 50 Torr) statt. Bei diesen Druckwerten ist ein hinsiehtI Ich
Adsorption, Desorption und Desorptlonsgasverbrauch optimales Betriebsverfahren
möglich. Der Druckwert für die Adsorptionsphase ist auch insofern
von Vorteil, als er etwa dem Druckwert entspricht, mit dem das Gasgemisch
einen vorgeschalteten Waschkühler verläßt. Gebläse oder Kompressoren können
deshalb der Stickstofferzeugungsanlage nachgeschaitet werden. Zwischen dem
eigentlichen Inertgasgenerator und dem Waschkühler und zwischen dem Waschkühler
und der Stickstofferzeugungsanlage sind Gebläse nicht erforderlich,
was bezüglich der Größe und der Verschmutzungsgefahr der Gebläse Vorteile
hat.
Eine weitere vorteilhafte Verfahrensmaßnahme besteht darin, daß unmittelbar
nach Abschluß der Desorption In einem der beiden Tanks eine Druckerhöhung er"
zeugt wird, und zwar etwa auf einen Wert, der dem Druck des den Tank In der
Adsorptionsphase durchströmenden Gasgemisches entspricht. Dadurch ist bei
jedem Wechsel der die Adsorption Übernehmende Tank sofort betriebsbereit.
Eine zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß zwei wechselseitig durchströmte, mit Molekülarsleb-Betten
versehene Tanks vorgesehen sind, die (bezüglich des zu behandelnden
Gasgemisches) eingangsseltlg über jewel Is ein Ventil mit einer Zuführungsleitung
for das Gasgemisch und mit einer in die freie Atmosphäre führenden
Leitung verbunden sind und die ausgangsseitig über je ein Ventil einmal
direkt und einmal über ein Regelventil an eine AbfUhrungsleitung für das
Stickstoff-inertgas angeschlossen sind. Der Aufbau dieser Vorrichtung 1st
einfach, wartungsarm und weist eine hohe Lebensdauer auf, was für den Betrieb
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BABC^)CK
auf Großtankern wesentlich Ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sol Ien anhand eines In der
Figur dargestellten Ausfuhrungsbeispieles erläutert werden.
In der Figur sind die beiden Tanks mit 1 und 2 bezeichnet, in denen sich die
Molekularsieb-Betten 3 und 4 befinden. Die Zuführung des im wesentHchen aus
Stickstoff und Kohlendioxid bestehenden Gasgemisches erfolgt über die
Le.itung 5, die sich verzweigt und die zu den Tanks 1 und 2 führenden Leitungen 6 und 7 mit den Ventilen 8 und 9 bildet. Eingangsseitig sind an die Tanks 1
und 2 noch die Leitungen 10 und 11 mit den Ventilen 12 und 13 angeschlossen,
die über die gemeinsame Leitung 14 mit der Unterdruck erzeugenden Pumpe 15 in die freie Atmosphäre führen. Zur Kontrolle der in den Tanks 1 und 2
herrschenden Drücke sind die Druckmeßeinrichtungen 16 und 17 vorgesehen.
Ausgangsseitig (bezüglich der Richtung des in den Tanks strömenden, zu behandelnden
Gasgemisches) sind an die Tanks 1 und 2 die Leitungen 18 und 19 mit den Ventilen 20 und 21 angeschlossen, welche sich bei 22 vereinigen und eine
gemeinsame Abführungsleitung 23 mit dem Kompressor 24 für das Stickstoff-Inertgas
bilden. Weiterhin sind an die Tanks 1 und 2 ausgangsseitig noch die
Leitungen 25 und 26 mit den Ventilen 27 und 28 angeschlossen, welche sich bei
29 vereinigen. Der Punkt 29 steht mit dem Punkt 22 über die Leitung 30 mit
dem Regelventil 31 und dem Durchflußmeßgerät 32 in Verbindung. Außerdem ist
der Punkt 29 über die Leitung 33 mit dem VentiI 34 mit dem Speichertank 35
verbunden, welcher außerdem über die Leitung 36 mit dem Ventil 37 an die
StIckstoff-Abführungsleitung 23 angeschlossen ist.
Die Funktion der beschriebenen Stickstoff-Erzeugungsanlage Ist folgende:
über die Leitung 5 wird das Gasgemisch zugeführt. Dieses Gas wird z.B. in einem bekannten Inertgasgenerator erzeugt und In einem
ebenfalls bekannten Waschkühler von Staub- und Schwefelgasanteilen befreit.
Das den Waschkühler verlassende Gas besteht Im wesentlichen aus Stickstoff (85 bis 90 %) und Kohlendioxid (15 bis 10 %) und-Wasserdampf entsprechend
der Temperatur und dem Druck nach dem Waschkühler. Die weiteren Anteile,
wie Sauerstoff, Kohlenmonoxid oder Schwefelgas, sind vernachlässigbar klein,
so daß dieses Gasgemisch bereits als Inertgas verwendet werden kann. Da für die bereits erwähnten besonderen Zwecke reiner Stickstoff als Inertgas ΘΓ7
S wünscht ist, müssen der Kohlendioxid- und der Wasseranteil entfernt werden,
in
was durch Adsorption am Material der Molekularsieb-Betten frs den wechsel-
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OD
If)
If)
seitlg durchströmten Tanks 1 und 2 erfolgt.
Ist zum Beispiel der Tank 1 auf "Adsorption" geschaltet, dann sind die
Ventile 8, 20 geöffnet und die Ventile 12, 27 geschlossen. Das Gasgemisch
strömt In dieser Phase durch die Leitungen 5 und 6 In den Tank 1, In dem die
Adsorption des Kohlendloxid erfolgt. Das reine Stickstoffgas verläßt den
Tank 1 Über die Leitungen 18 und 23. Gleichzeitig Ist der Tank 2 auf
"Desorption" geschaltet, wozu die Ventile 9, 21 geschlossen und die Ventile
28, 13 geöffnet sind. Dadurch strömt ein Teil des Im Tank 1 erzeugten
Stickstoffgases über das Regelventil 31, das Durchflußmeßgerät 32, die
Leitung 26, den Tank 2 und die Leitungen 11, 14 und die Vacuum-Pumpe 15 In
die freie Atmosphäre.
Dabei findet eine Desorption des Molekularsleb-Bettes 4 statt, d.h., die am
Molekularsieb-Material angelagerten Kohlendioxid-Moleküle werden von den
- gqpnüber der Adsorptionsphase in Gegenrichtung strömenden - Gasen mitgenommen
und in die freie Atmosphäre abgeführt.
Zur Kontrolle der welter oben angegebenen Druckwerte in den Tanks 1 und 2
sowie der durch den Tank 2 strömenden, die Desorption bewirkenden Gasmenge
sind die Meßgeräte 16, 17 und 32 vorgesehen.
Nach der Beladung des Bettes 3 Im Tank 1 und Desorption des Bettes 4 Im
Tank 2 erfolgt eine derartige Umschaltung der Tanks, daß Im Tank 2 adsorbiert und Im Tank 1 desorbiert wird. Dazu werden die Ventile 8, 13, 20 und 28
geschlossen und die Ventile 9, 12, 21 und 27 geöffnet.
Um den jeweils unter Unterdruck stehenden, als Desorber arbeitenden Tank
nach jeder Umschaltung möglichst schnell für die Adsorption unter leichtem
Überdruck betriebsbereit zu machen, ist der Speichertank 35 vorgesehen, in dem
infolge der Verbindung (Leitung 36) mit der Stickstoff-Abführungsleitung 23
etwa der gleiche Überdruck herrscht wie In dem als Adsorber arbeitenden Tank.
Das Ventil 34 In der Leitung 35 Ist während der Phasen, Ih denen die Tanks
als Adsorber bzw. Desorber arbeiten, geschlossen. Erst unmittelbar vor der Umschaltung der Tanks wird das Ventil 34 geöffnet, und zwar so lange, bis der
Tank, der als Desorber gearbeitet hat, ebenfalls unter leichtem überdruck
steht. Danach wird das Ventil 34 wieder geschlossen, und die beschriebene
Umschaltung der Tanks wird vorgenommen. Das In den Jetzt als Adsorber arbeitenden
Tank strömende Gasgemisch, findet dann sofort die für die ausreichende
Adsorption des Kohl endloxid notwendige Druckbedingung vor.
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Als MoIekuIarsIeb-MaterlaI wird vorzugsweise ein künstlich hergestellter
Zeolith von hoher mechanischer Festigkeit verwendet. Mit diesem Material
ist es möglich, die Anlage z.B. mit folgenden Phasenzeiten zu betreiben:
Adsorptionsphase : 8 Minuten Desorptionsphase : 7 Minuten
Druckausgleichszeit : 1 Minute.
Die Steuerung bzw. Regelung der Ventile erfolgt zweckmäßig automatisch
von einer Steuerzentrale aus. Der Übersichtlichkeit wegen wurden die Steuerleitungen
in der Figur nicht dargestellt.
Bei Einsatz eines Kompressors 24 kann In der Leitung 38 nach dem Kompressor
eine Verbindungsleitung 39 zum Füllventil 37 für den Speichertank 35 hergestellt
werden, wobei nach dem Ventil 34 ein Druckminderventil 40 in die
Leitung 33 eingesetzt wird. Vorteilhafterweise kann bei dieser Anordnung der
ijBichertank 35 klein ausgeführt und der zu füllende Behälter auf den Betriebsdruck gefüllt werden, wie er in der Leitung 5 herrscht.
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Claims (7)
1.) Verfahren zur Erzeugung von Stickstoff zur Verwendung als Inertgas
durch Abscheidung von Kohlendioxid und Wasserdampf aus einem Im wesentlichen
aus Stickstoff und Kohlendioxid bestehenden Gasgemisch, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch abwechselnd einen ersten
von zwei parallel geschalteten Tanks (1, 2) mit zur Adsorption von
Kohlendioxid geeigneten Molekularsleb-Betten (3, 4) durchströmt, während
gleichzeitig das im zweiten Tank befindliche Molekularsieb-Bett desorbiert
wird, und zwar durch einen aus einem Tel I des den ersten Tank verlassenden
Stickstoffs bestehenden Gasstrom, der den zweiten Tank In einer solchen Richtung durchsetzt, die der Richtung des den zweiten
Tank In der Adsorptionsphase durchsetzenden Gasgemisches entgegengesetzt Ist.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Adsorption des Kohlendioxid unter leichtem Überdruck (vorzugsweise
0,5 kg/cm2) ι
stattfindet.
0,5 kg/cm2) und die Desorption unter Unterdruck (vorzugsweise 50 Torr)
3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß unmittelbar nach Abschluß der Desorption in einem der beiden Tanks (1, 2) eine Druckerhöhung erzeugt wird, und zwar etwa auf einen Wert,
der dem Druck des den Tank in der Adsorptionsphase durchströmenden Gasgemisches entspricht.
4.) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch t oder 2,
dadurch gekennze I chnet, daß zwei wechselseitig durchströmte,
mit Molekularsieb-Betten (3, 4) versehene Tanks (1, 2) vorgesehen sind,
die (bezüglich des zu behandelnden Gasgemisches) eingangsseitlg Ober
jeweils ein Ventil (8, 9 bzw. 12, 13) mit einer Zuführungsleitung (5)
für das Gasgemisch und mit einer in die freie Atmosphäre führenden S Leitung (14) verbunden sind und die ausgangssei tig über je ein Ventil
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(20, 21 bzw. 27, 28) einmal direkt und einmal Über ein Regelventil
(31) an eine Abführungsleitung (23) für das Stickstoff-Inertgas angeschlossen
sind.
5.) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
ein mit der Abführungsleitung (23) über eine Leitung (36) verbundener Speichertank (35) vorgesehen ist, der über ein Ventil (34) an den
Leitungsteil (Punkt 29) angeschlossen ist, der die Tanks (1, 2) ausgangsseitig
über das Regelventil (31) mit der Abführungsleitung (23)
verbindet.
6.) Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß mit dem Regelventil ein Durchflußmeßgerät in Reihe angeordnet ist.
7.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch g e k,e η η zeichnet,
daß der Speichertank 35 bei Einsatz eines Kompressors 24 von dem Abzweig 39 aus der Leitung 38 gefüllt wird und daß nach dem
Ventil 34 ein Druckminderventil 40 in die Leitung 33 eingesetzt wird.
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