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DE3112012A1 - Verfahren und einrichtung zum trennen eines gasgemischs - Google Patents

Verfahren und einrichtung zum trennen eines gasgemischs

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Publication number
DE3112012A1
DE3112012A1 DE19813112012 DE3112012A DE3112012A1 DE 3112012 A1 DE3112012 A1 DE 3112012A1 DE 19813112012 DE19813112012 DE 19813112012 DE 3112012 A DE3112012 A DE 3112012A DE 3112012 A1 DE3112012 A1 DE 3112012A1
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DE
Germany
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layer
pressure
gas
adsorbent
gas mixture
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19813112012
Other languages
English (en)
Inventor
John Walter Buckhurst Hill Essex Armond
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BOC Ltd Australia
BOC Ltd Great Britain
Original Assignee
BOC Ltd Australia
BOC Ltd Great Britain
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BOC Ltd Australia, BOC Ltd Great Britain filed Critical BOC Ltd Australia
Publication of DE3112012A1 publication Critical patent/DE3112012A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
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Description

Patentanwälte .- : : - : : . : - : : :
Dlpl.-Ing. Hans-Jürgen Müller *" 3112012
DipL-Chem. Dr. Gerhard Schupf ner L
Dipl.-Ing. Hans-Peter Gauger ι· Lucile-Gratin-Str. 38 - D 8000 München 80
BOC Limited Hammersmith House GB-London ¥6 9DX England
Verfahren und Einrichtung zum Trennen eines Gasgemischs
Verfahren und Einrichtung zum Trennen eines Gasgemischs
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Trennen eines Gasgemischs, insbesondere von Luft.
Die GB-PS'en 1 480 860 und 1 541 767 sowie die DE-OS 2 702 78A- betreffen Verfahren zum Abscheiden von Stickstoff aus Luft unter Einsatz eines Adsorbens, das eine solche Trennung der beiden Hauptkomponenten der Luft dadurch bewirkt, daß es Sauerstoff schneller als Stickstoff adsorbiert. Typischerweise ist das Adsorbens Molekularsieb-Kohlenstoff, wie er z. B. in den GB-PS'en 1 364 674 und 1 424 501 angegeben ist. Dabei wird eine Schicht des Adsorbens einem Arbeitszyklus unterworfen, der erstens einen Adsorptionsschritt umfaßt, bei dem Luft durch die Schicht gepumpt wird, der größte Teil des Sauerstoffs und ein Teil des Stickstoffs sowie im wesentlichen der Gesamtanteil von Kohlendioxid und Wasserdampf im Speisestrom adsorbiert werden und aus dem Schichtauslaß ein stickstoffreiches Produktgas austritt; in einem Desorptionsschritt wird der Schichtauslaß geschlossen, die
Schicht wird durch ihren Einlaß auf Atmosphärendruck entgast und/oder durch ihren Einlaß evakuiert, so daß die adsorbierten Gase im wesentlichen aus der Schicht entfernt werden, wodurch sie für den nächsten Adsorptionsschritt vorbereitet ist.
In der Praxis werden zwei Adsorbensschichten eingesetzt und gleichen Arbeitszyklen unterworfen, die zueinander um 180 phasenversetzt sind, so daß während der Durchführung der Adsorption in der einen Schicht die Desorption der anderen Schicht, und umgekehrt, durchgeführt wird. Ferner ist es üblich, die Drücke in beiden Schichten zwischen jedem Schritt dadurch auszugleichen, daß die beiden Schichteinlässe und die beiden Schichtauslässe miteinander verbunden werden. Nach dem Herstellen dieser Verbindungen wird das Gas in den Zwischenräumen der Schicht, die soeben ihren Adsorptionsschritt beendet hat, in die Schicht gesaugt, die soeben ihren Desorptionsschritt beendet hat, und zwar aufgrund der zwischen beiden Schichten in dieser Phase bestehenden Druckdifferenz; dies wird insofern als vorteilhaft angesehen, als die Produktgasmenge maximiert wird, weil das in den genannten Zwischenräumen vorhandene Gas bereits in gewissem Maß mit Stickstoff angereichert wurde.
Zum Verbinden der beiden Schichteinlässe und der beiden Schichtauslässe werden Absperrventile geöffnet, die in die Einlasse bzw. die Auslässe verbindenden Leitungen angeordnet sind. Da die anfängliche Druckdifferenz zwischen beiden Schichten beim Öffnen der Absperrventile relativ groß ist (typischerweise in der Größenordnung von einigen bar), besteht die Gefahr, daß das durch den Auslaß der höheren Druck aufweisenden Schicht nach oben strömende Gas einen Teil des die Schicht bildenden Adsorbens hebt oder verwirbelt, so daß dieses auf eine Wandung des die Schicht enthaltenden Behälters trifft. Es wurde gefunden,
daß ein wiederholtes Heben der Schicht in dieser Weise den Wirkungsgrad des Adsorbens vermindert.
Bei dem Verfahren nach der GB-PS 1 4-80 866 wird Produktgas aus dem Auslaß der Schicht entnommen, die gerade eine Adsorption durchführt. In der GB-PS sind keine Mittel zum Einstellen des Produktgasdurchsatzes oder zum Regeln des Produktgasdrucks angegeben. Somit wird das stickstoffreiche Produktgas mit veränderlichem Durchsatz und Druck erhalten. Nach der GB-PS 1 54-1 767 wird das die gerade in der Adsorptionsphase befindliche Schicht verlassende Gas durch ein Drosselorgan geleitet, so daß mit steigendem Schichtdruck ein steigender Produktgasdurchsatz erhalten wird. In der DE-PS 2 702 784 sind keine Mittel zum Einstellen des Produktgasdurchsatzes angegeben.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Einrichtung zum Trennen eines Gasgemischs, wobei ein Heben der Adsorbensschicht vermieden werden soll.
Das Verfahren nach der Erfindung zum Trennen eines Gasgemischs, bei dem eine erste Adsorbensschicht, die für eine Komponente des Gasgemischs höher adsorptionsfähig als für eine bzw. die andere Komponente des Gasgemischs ist, wiederholt einem Arbeitszyklus unterworfen wird, wobei
(a) das Gasgemisch mit Überdruck durch die Adsorbensschicht geschickt und dadurch die eine Komponente adsorbiert wird,
(b) der Druck der Schicht auf einen zwischen dem genannten Überdruck und Atmosphärendruck liegenden Druck vermindert wird, (c) die Schicht regeneriert wird, wobei durch weitere Druckverminderung der Schicht Gas aus ihr desorbiert und aus der Schicht im Gegenstrom zur Strömungsrichtung des Gasgemischs geleitet wird, und (d) der Druck der Schicht auf einen zwischen dem genannten Überdruck und Atmosphärendruck liegenden Druck erhöht wird, und bei dem eine zweite
Adsorbensschicht wiederholt einem solchen Arbeitszyklus unterworfen wird, wobei die Arbeitszyklen so abgestimmt sind, daß während der Druckverminderung der einen Schicht nach ihrer Desorption, jedoch vor ihrer Regenerierung, der Druck der anderen Schicht nach deren Regenerierung, jedoch vor der Adsorption, erhöht wird, und umgekehrt, ist dadurch gekennzeichnet, daß für die Durchführung der Verfahrensschritte (b) und (d) beide Adsorbensschichten über wenigstens eine einstellbare Leitung während einer Zeitdauer, die für einen Druckausgleich zwischen beiden Schichten nicht ausreicht, miteinander verbunden werden.
Die Einrichtung nach der Erfindung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einer ersten und einer zweiten Adsorbensschicht, die für eine Komponente des Gasgemischs höher adsorptionsfähig aXs für eine bzw. die andere Komponente des Gasgemischs sind, wobei jeder Schicht ein Einlaß und ein Auslaß zugeordnet ist, und mit wenigstens einer Leitung, die in der Offenstellung beide Adsorbensschichten miteinander verbindet, wobei in jedem Einlaß und jedem Auslaß sowie in der oder jeder Leitung ein automatisch betätigbares Absperrventil angeordnet ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß in der wenigstens einen Leitung ein Durchsatzstellorgan angeordnet ist, und daß Mittel zum zeitlichen Steuern des Öffnens und Schließens der Absperrventile für die Durchführung des Verfahrens vorgesehen sind.
Typischerweise wird dabei am Ende von Schritt (a) der Gasgemischstrom in die Schicht unterbrochen, und am Ende von Schritt (c) wird der Strom von desorbiertem Gas aus der Schicht unterbrochen.
Typischerweise ist das zu trennende Gasgemisch Luft, und das Adsorbens ist ein Kohlenstoff-Molekularsieb. Dabei wird Sauerstoff aus dem Gasgemisch adsorbiert, und es verbleibt ein relativ stickstoffreiches Produktgas.
-1-ί
In bevorzugter Ausbildung der Erfindung erfolgt das Verbinden der beiden Schichten miteinander durch wenigstens eine verstellbare Leitung derart, daß die Druckdifferenz zwischen den Schichten auf einen erwünschten Wert vermindert wird, der typischerweise im Bereich von 0,07-0,7 bar liegt. Dabei bleibt das Absperrventil bzw. die Absperrventile in der verstellbaren Leitung bzw. den Leitungen während jeweils 4-5 s geöffnet; d. h., bevorzugt werden die Schritte (b) und (d) jeweils während einer Zeit von 4-5 s durchgeführt.
Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht es durch Drosselung des Gasstroms aus der einen Schicht in die andere, einen Anstieg der das Adsorbens im oberen Teil der Schicht beaufschlagenden aufwärts gerichteten Kraft über die Schwerkraft dieses Adsorbens hinaus zu verhindern, wodurch ein Heben der Schicht vermieden werden kann. Bevorzugt wird der Gasdurchsatz zwischen den Schichten so gedrosselt, daß die die Schicht infolge des Gasstroms beaufschlagende aufwärts gerichtete Kraft nicht größer als die halbe darauf wirkende Schwerkraft ist. Bevorzugt sind zwei verstellbare Leitungen vorgesehen, die in geöffnetem Zustand Gas aus der einen Schicht in die andere durchlassen. Die eine Leitung bildet in geöffnetem Zustand eine Gasleitung zwischen dem oberen Teil der einen Schicht und dem oberen Teil der anderen Schicht, und die andere Leitung bildet in geöffnetem Zustand eine Gasleitung zwischen dem unteren Teil der einen Schicht und dem unteren Teil der anderen Schicht. Vorteilhafterweise sind beide Leitungen so verstellbar, daß der Durchsatz durch die obere Leitung dem Durchsatz durch die untere Leitung entspricht. Wenn
der Gesamtgasdurchsatz durch die untere Leitung den Gasdurchsatz durch die obere Leitung übersteigt, wird die Produktgasleistung der Einrichtung nachteilig beeinflußt. Wenn andererseits die durch die obere Leitung strömende Gasmenge größer als die durch die untere Leitung strömende Gasmenge ist, besteht die Gefahr, daß es nicht möglich ist, ein Heben der Schicht zu vermeiden, ohne daß die Zeit, während der beide Schichten miteinander verbunden sind, in unerwünschter Weise verlängert werden muß.
Bevorzugt wird während Schritt (a) des Arbeitszyklus das nichtadsorbierte Gas in einen Zwischenbehälter geleitet, aus dem kontinuierlich Produktgas abgezogen wird, wobei der Produktgasstrom aus dem Zwischenbehälter durch ein Durchsatzregelventil od. dgl. geregelt wird und ein Einströmen von Gas in den Zwischenbehälter nur möglich ist, wenn der Druck in der Adsorbensschicht, die gerade mit dem Zwischenbehälter verbunden ist, den Druck im Zwischenbehälter übersteigt. Eine solche Regelung des Gasstroms zum Zwischenbehälter kann mittels eines herkömmlichen Rückschlag- oder Einrxchtungsventils erfolgen. Somit ist es möglich, kontinuierlich Produktgas mit gleichbleibendem Durchsatz und einem Druck zu erhalten, der im Vergleich zu den in den Adsorbensschichten auftretenden Druckänderungen nur relativ geringen Schwankungen unterliegt.
Nachstehend vorkommende Bezugnahmen auf den Druck einer Adsorbensschicht beziehen sich auf den Druck des nichtadsorbierten Gases in dieser Schicht.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Anlage gemäß der Erfindung für die Abscheidung von Stickstoff aus Luft;
Fig. 2 die Folge der Arbeitszyklen für die beiden Adsorbensschichten nach Fig. 1; und
Fig. 3 die Druckänderung in den Adsorbensschichten während des Arbeitszyklus nach Fig. 2 sowie die Änderung des Produktgasdrucks während dieses Zyklus.
Nach Fig. 1 umfaßt die Anlage eine Luftzufuhrleitung 2, die zu einem Verdichter A- führt. Der Verdichterauslaß steht mit einer Lufteinlaßleitung 6 in Verbindung, Letztere kann mit jeweils einem der Türme 8 und 10, die Schichten 12 und Ik eines Kohlenstoffmolekularsieb-Adsorbens enthalten, in Verbindung gebracht werden. Ein Ventil 16 stellt entweder eine Verbindung zwischen dem Unterende der Schicht 12 und der Lufteinlaßleitung 6 her oder sperrt diese Verbindung. Ebenso stellt ein Ventil 18 entweder eine Verbindung zwischen dem Unterende der Schicht 14· und der Lufteinlaßleitung 6 her oder sperrt diese Verbindung .
Die Anlage nach Fig. 1 umfaßt eine Auslaßleitung 20. Ein Absperrventil 22 stellt entweder eine Verbindung zwischen dem oberen Teil der Schicht 12 und der Auslaßleitung 20 her oder verbindert eine solche Verbindung. Ebenso stellt ein. Absperrventil 2A- entweder eine Verbindung zwischen dem oberen Teil der Schicht IA- und der Auslaßleitung 20 her oder verhindert eine solche Verbindung. Die Auslaßleitung
20 ist mit einem Zwischenbehälter 28 verbunden, dessen Rauminhalt größer als derjenige des Turms 12 oder des Turms 14, die miteinander identisch sind, ist. In die Auslaßleitung 20 ist ein Rückschlagventil 26 eingeschaltet, das so eingestellt ist, daß es nur offen ist, wenn der stromaufwärts davon herrschende Druck den stromabwärts davon herrschenden Druck übersteigt. Der Zwischenbehälter 28 weist einen Auslaß zur Leitung 30 für Produktgas auf. In die Leitung 30 ist ein Durchsatzregelventil 32 eingeschaltet.
Ferner umfaßt die Anlage eine Auslaßleitung 34 für Abgas. Ein Ventil 36 bringt den unteren Abschnitt der Schicht entweder in Verbindung mit der Abgasleitung 34 oder wird geschlossen, so daß keine solche Verbindung besteht. Ein Ventil 38 bringt den unteren Abschnitt der Schicht 14 entweder in Verbindung mit der Abgasleitung 34 oder sperrt im geschlossenen Zustand diese Verbindung. Die Abgasleitung 34 ist mit einer Vakuumpumpe 42 verbunden. Der Auslaß der Vakuumpumpe 42 ist mit einer Leitung 44 zur Abfuhr von Abgas aus der Anlage verbunden. Mit der Abgasleitung 34 ist vor einem Ventil 40 eine mit der Atmosphäre in Verbindung stehende Entgasungsleitung 46 verbunden. In die Entgasungsleitung 46 ist ein Absperrventil 48 eingeschaltet. Erwünschtenfalls können die Entgasungsleitung 46 und das Absperrventil 48 entfallen. Alternativ können auch die Vakuumpumpe 42 sowie die Ventile 40 und 48 entfallen. Wenn die Vakuumpumpe nicht vorgesehen ist, werden die Schichten mit Atmosphärendruck beaufschlagt, um eine Desorption des vorher adsorbierten Sauerstoffs durchzuführen. Wenn die Entgasungsleitung 46 und das Ventil 48 entfallen, werden die Schichten 12 und 14 einem Subatmosphärendruck ausgesetzt, um eine Desorption des vorher adsorbierten Gases zu bewirken. Die Regenerierung
erfolgt jedoch bevorzugt dadurch, daß das Ventil A-8 geöffnet und gleichzeitig das Ventil A-O geschlossen gehalten wird, wonach das Ventil A-8 geschlossen und das Ventil A-O geöffnet wird, wobei die Vakuumpumpe A-2 eingeschaltet wird, während das Ventil 40 geöffnet ist. Dadurch wird die Schicht regeneriert, indem sie zuerst mit der Atmosphäre in Verbindung gebracht und dann einem subatmosphärischen Druck ausgesetzt wird.
Eine Leitung 50 verbindet die Unterenden der Türme 8 und 10 miteinander eine ähnliche Leitung 52 verbindet die Oberenden der Türme 8 und 10. In die Leitung 50 ist ein Absperrventil 5A- eingeschaltet, und in die Leitung 52 ist ein Absperrventil 56 eingeschaltet. Wenn die Ventile 5A- und 56 geöffnet sind, besteht eine Verbindung zwischen den Schichten 12 und IA-. Wenn die Ventile 5A- und 56 geschlossen sind, ist eine solche Verbindung blockiert.
In der Leitung 50 befindet sich ein Durchsatzregelventil 58, und in der Leitung 52 befindet sich ein Durchsatzregelventil 60.
Die Ventile 16, 18, 22, 2A-, 36, 38, A-O, A-8, 5A- und 56 werden sämtlich automatisch, typischerweise durch Elektromagnete, betätigt.
Die Ventile 32, 58 und 60 sind typischerweise handbetätigte Durchsatzregelventile, die so einstellbar sind, daß ein erwünschter Gasdurchsatz erhalten wird.
Jedes der Ventile 16, 18, 22, 2A-, 36, 38, A-O, A-8, 5A- und hat nur zwei Stellungen, und zwar eine Schließstellung und eine Offenstellung, wobei im wesentlichen keine Drosselung des Gasdurchsatzes stattfindet.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 wird nachstehend die Betriebsweise der Anlage nach Fig. 1 erläutert. Dabei sei angenommen, daß die Leitung 46 sowie die Ventile 4-0 und 48 aus der Anlage nach Fig. 1 weggelassen sind.
Zu Beginn des Arbeitszyklus nach Fig. 2 steht die Schicht 12 unter einem subatmosphärischen Druck, da sie mit einem von der Vakuumpumpe 42 erzeugten Unterdruck beaufschlagt ist, und die Schicht 14- steht unter ihrem Höchstdruck, da sie mit dem Verdichter 4 verbunden ist. Zuerst werden die Schichten 12 und IA- über die Leitungen 50 und 52 miteinander verbunden. In dieser Phase des Arbeitszyklus befinden sich sämtliche Ventile 16, 18, 22, 24, 36 und 38 in der Schließstellung, und die Ventile 54 und 56 sind geöffnet. In den Zwischenräumen zwischen Adsorbensteilchen in der Schicht 14 enthaltenes nichtadsorbiertes stickstoffreiches Gas strömt durch die Leitungen 50 und 52 in die Schicht 12. Der Gasstrom wird durch die Durchsatzregelventile 58 und 60 bestimmt, die so eingestellt sind, daß ein gleicher Durchsatz durch sie erfolgt. Die Einstellung der Ventile ist derart, daß die auf die Adsorbensteilchen im oberen Teil der Schicht 14 wirkende Schwerkraft ständig wenigstens doppelt so hoch ist wie die aufwärts gerichtete Kraft, die durch aus der Schicht 14 in die Schicht 12 strömendes Gas auf die Teilchen wirkt, Das aus der Schicht 14 in die Schicht 12 strömende Gas ist stickstoffreich. Während seines Einströmens in die Schicht 12 steigt der Druck in der Schicht 12 von subatmosphärischem Druck an, und der Druck in der Schicht verringert sich entsprechend. Bei Beendigung der Druckdifferenz-Reduzierphase des Arbeitszyklus liegt der Druck in der Schicht 14 über demjenigen in der Schicht 12.
Während der ersten Phase des Arbeitszyklus wird aus dem Zwischenbehälter 28 kontinuierlich Produktgas (stickstoff-
reiches Gas) zugeführt. Da während dieses Teils des Arbeitszyklus kein Gas in den Zwischenbehälter 28 einströmt, sinkt der Förderdruck des Produktgases (vgl. die Strichlinie in Fig. 3).
Am Ende der ersten Phase des Arbeitszyklus werden die Ventile 54 und 56 geschlossen und die Ventile 16, 22 und 38 geöffnet. Damit beginnt die zweite Phase des Arbeitszyklus nach Fig. 2. In dieser Phase strömt komprimierte Luft aus dem Verdichter 4 durch die Leitung 6 in die Schicht 12, und Produktgas strömt aus der Schicht 12 in die Leitung 20 und (wenn das Ventil 26 geöffnet ist) in den Zwischenbehälter 28. Zusätzlich wird durch Einschalten der Vakuumpumpe 42 von der Schicht 14 adsorbierter Sauerstoff desorbiert und strömt aus dem Turm 10 im Gegenstrom zu der einströmenden Luft.
Während des Anfangsstadiums der zweiten Phase des Arbeitszyklus ist der Druck in der Schicht 12 geringer als derjenige im Zwischenbehälter 28, so daß stickstoffreiches Gas nicht in den Zwischenbehälter 28 strömen kann, da ein solcher Gasstrom durch das Ventil 26 blockiert ist. Trotzdem kann während dieses Stadiums der zweiten Phase das Adsorbens in der Schicht 12 Sauerstoff aus der in die Schicht 12 durch die Einlaßleitung 6 einströmenden komprimierten Luft adsorbieren, so daß ein relativ stickstoffreiches Gas übrigbleibt. Die einströmende Luft wird ferner durch das stickstoffreiche Gas angereichert, das während der vorhergehenden Phase der Druckdifferenz-Reduzierung zwischen den Schichten aus der Schicht 12 in die Schicht 14 geströmt ist. Während die Schicht 12 Sauerstoff aus dem einströmenden Gas adsorbiert, wird gleichzeitig die Schicht 14 regeneriert. Wenn die Schicht 14 mit dem von der Vakuumpumpe 42 erzeugten Unterdruck beaufschlagt wird, erfolgt sofort ein sehr schneller Druckabfall, bis die Schicht 14 Atmosphärendruck erreicht.
Wenn der Druck in der Schicht 12 denjenigen im Zwischenbehälter 28 übersteigt, wird das Ventil 26 geöffnet, und stickstoffreiches Gas strömt in den Zwischenbehälter Das Durchsatzregelventil 32 ist so eingestellt, daß sichergestellt ist, daß der Gasdurchsatz in den Zwischenbehälter 28 größer als der Durchsatz des aus dem Zwischenbehälter ausströmenden Gases ist. Nachdem also der Druck des aus der Leitung 30 zugeführten Gases vom Beginn der ersten Phase des Arbeitszyklus nach Fig. 2 stetig gefallen ist, beginnt er nunmehr entsprechend Fig. 3 zu steigen,
Bei Beendigung der zweiten Phase des Arbeitszyklus erreicht der Druck in der Schicht 12 im wesentlichen den Druck, auf den die einströmende Luft vom Verdichter A-verdichtet wird, und die Schicht IA- hat einen subatmosphärischen Druck erreicht, der im wesentlichen dem von der Vakuumpumpe A-2 erzeugten Unterdruck entspricht.
Das Ende der zweiten Phase des Arbeitszyklus wird dadurch bezeichnet, daß die Ventile 16, 22 und 38 geschlossen und die Ventile 54· und 56 wieder geöffnet werden.
In der dritten Phase des Arbeitszyklus nach Fig. 2 wird die Druckdifferenz zwischen den Schichten 12 und IA- reduziert. Diese Phase entspricht genau der ersten Phase, wobei nur der stickstoffreiche Gasstrom aus der Schicht 12 in die Schicht IA- strömt. Das Ende der dritten Phase des Arbeitszyklus wird dadurch bezeichnet, daß die Ventile 5A- und 56 geschlossen und die Ventile 18, 2A- und 36 geöffnet werden. Die Endphase des Arbeitszyklus entspricht der zweiten Phase, wobei jedoch in diesem Fall die Schicht IA- Sauerstoff von der einströmenden komprimierten Luft adsorbiert, während die Schicht 12 regeneriert wird, indem sie mit einem von der Vakuumpumpe A-2 erzeugten Unter-
druck beaufschlagt wird. Am Ende der vierten oder Endphase des Arbeitszyklus werden die Ventile 18, 2h und 36 geschlossen und die Ventile 54· und 56 wieder geöffnet, so daß der Zyklus wiederholt werden kann.
Typischerweise wird die einströmende Luft auf einen ausgeählten Druck im Bereich von 3-8 bar verdichtet. Während der Desorption oder Regenerierung wird die desorbierte oder regenerierte Schicht typischerweise mit einem ausgewählten Unterdruck im Bereich von 0,1-0,2 bar beaufschlagt. Am Ende jeder Druckdifferenz-Reduzierphase zwischen den Schichten beträgt die Druckdifferenz typischerweise 0,05-0,8 bar in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen den beiden Schichten zu Beginn der Druckdifferenz-Reduzierphase zwischen den Schichten.
Typischerweise dauert jede Phase der Reduzierung der Druckdifferenz zwischen den beiden Schichten ca. 5 s, und jede Adsorptions- und Regenerations-Phase dauert ca. 55 s, so daß die Dauer des gesamten Arbeitszyklus insgesamt 2 min beträgt.
Das folgende Beispiel dient der Erläuterung der Erfindung.
Beispiel
Bei diesem Beispiel wurde die Anlage nach Fig. 1 mit Kohlenstoff-Molekularsieben mit einer Höhe von 1,3 m betrieben, wobei der durchschnittliche Teilchendurchmesser 3 mm war. 3ede Druckdifferenz-Reduzierphase der Schichten dauerte 4· s. Die Drücke der beiden Schichten zu Beginn dieser Phase sind in den beiden ersten Spalten der folgenden Tabelle angegeben, und in der dritten Spalte ist die End-Druckdifferenz zwischen den Schichten am Fnde der Druckdifferenz-Reduzierphase angegeben.
TABELLE Schichtausgleichs-Bedingungen
Anfangsdrücke
(bar)		 0,013 Enddruckdifferenz
(bar)		 Zeit
(s)
8 0,013 0,7 Λ.
6,5 0,013 0,55 Λ
5 0,013 0,3
3,5 0,07
■Λ.
Leerseite

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    IJ Verfahren zum Trennen eines Gasgemischs, bei dem
    (1) eine erste Adsorbensschicht, die für eine Komponente des Gasgemischs höher adsorptionsfähig als für eine oder die andere Komponente des Gasgemischs ist, wiederholt einem Arbeitszyklus unterworfen wird, wobei
    (a) das Gasgemisch mit Überdruck durch die Adsorbensschicht geschickt und dadurch die eine Komponente adsorbiert wird;
    (b) der Druck der Schicht auf einen zwischen dem genannten Überdruck und Atmosphärendruck liegenden Druck vermindert wird;
    (c) die Schicht regeneriert wird, wobei durch weitere Druckverminderung der Schicht Gas aus ihr desorbiert und aus der Schicht im Gegenstrom zu der Strömungsrichtung des Gasgemischs geleitet wird; und
    (d) der Druck der Schicht auf einen zwischen dem genannten Überdruck und Atmosphärendruck liegenden Druck erhöht wird;
    und
    (2) eine zweite Adsorbensschicht wiederholt einem solchen Arbeitszyklus unterworfen wird;
    wobei die Arbeitszyklen so abgestimmt sind, daß während der Druckverminderung der einen Schicht nach der Desorption, jedoch vor ihrer Regenerierung, der Druck der anderen Schicht nach deren Regenerierung, jedoch vor der Adsorption, erhöht wird, und umgekehrt,
    dadurch gekennzeichnet,
    - daß für die Durchführung der Verfahrensschritte
    (b) und (d) beide Adsorbensschichten über wenigstens eine einstellbare Leitung während einer Zeitdauer, die für einen Druckausgleich zwischen beiden Schichten nicht ausreicht, miteinander verbunden werden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    - daß das zu trennende Gasgemisch Luft ist.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
    - daß das Adsorbens ein Kohlenstoff-Molekularsieb ist.
    A-. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    - daß die Schritte (b) und (d) des Arbeitszyklus jeweils A--5 s dauern.
    5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    - daß jeder Arbeitszyklus 2 min dauert.
    6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    - daß am Ende von Schritt (b) und Schritt (d) die Druckdifferenz zwischen den Schichten im Bereich von 0,07-0,7 bar liegt.
    7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    - daß der Gasstrom zwischen den Schichten so eingestellt wird, daß die das Adsorbens infolge des Gasstroms beaufschlagende, aufwärts gerichtete Kraft nicht größer als die halbe das Adsorbens beaufschlagende Schwerkraft ist,
    8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    - daß während des Schritts (a) des Arbeitszyklus das nichtadsorbierte Gas in einen Zwischenbehälter geleitet wird, aus dem kontinuierlich ein Gasprodukt entnommen wird, wobei
    - der Produktgasstrom aus dem Zwischenbehälter mit einem Durchsatzregelventil od. dgl. eingestellt wird und
    - Gas nur dann in den Zwischenbehälter strömen kann, wenn der Druck in der momentan mit dem Zwischenbehälter verbundenen Adsorbensschicht den Druck im Zwischenbehälter übersteigt.
    9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-8 zum Trennen eines Gasgemischs mit
    (a) einer ersten und einer zweiten Adsorbensschicht, die für eine Komponente des Gasgemischs höher adsorptionsfähig als für eine oder die andere Komponente des Gasgemischs sind, wobei jeder Schicht ein Einlaß und ein Auslaß zugeordnet ist; und
    (b) wenigstens einer Leitung, die in der Offenstellung beide Adsorbensschichten miteinander verbindet;
    wobei in jedem Einlaß und jedem Auslaß sowie in der oder jeder Leitung ein automatisch betätigbares Absperrventil angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    - daß in der wenigstens einen Leitung (50, 52) ein Durchsatzstellorgan (58, 60) angeordnet ist, und
    - daß Mittel zum zeitlichen Steuern des Öffnens und Schließens der Absperrventile (16, 18, 22, 24-, 36, 38) für die Durchführung des Verfahrens vorgesehen sind.
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