DE4033140A1 - Druckschwingadsorptionsverfahren und einrichtung zur gastrennung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Auftrennung von Gasgemischen durch Druckschwingadsorption (pressure swing adsorption) und insbesondere auf die Auftrennung von Luft in seine Bestandteile durch Druckschwingadsorption.

Bekannte Druckschwingadsorptionsverfahren zur Erzeugung von Sauerstoff aus einem zu der Einrichtung geführten Luftstrom umfassen üblicherweise ein festes Bett aus Adsorbermaterial, welches zur Adsorption von Stickstoff aus durch das Bett geführte Luft geeignet ist, so daß ein sauerstoffreiches Produktgas das Bett verläßt. Die in einer derartigen Adsorptionseinrichtung verwendeten Prinzipien der Ab- bzw. Auftrennung beruhen auf der Gleichgewichtsabtrennung. Aufgrund des Vorhandenseins von normalerweise nicht durch das Bettmaterial adsorbierten Argon in der Luft von üblicherweise 1 Volumenprozent (Vol.-%) liegt jedoch der Prozentgehalt des Argonvolumens in dem Produktstrom über 5%, vorausgesetzt, daß der gesamte Stickstoff durch das Bettmaterial adsorbiert wird. Deshalb können normalerweise Druckschwingadsorptions­ verfahren, welche mit dem Prinzip der Gleichgewichts­ abtrennung bei Verwendung von Luft als Versorgungsstrom arbeiten, keinen Produktstrom erzeugen, der eine Sauer­ stoffkonzentration aufweist, welche deutlich größer als 95% ist. Jedoch wird Sauerstoff mit einer Reinheit größer als 95% in Sauerstoff erfordernden Schweiß- und Schneid­ verfahren und einigen medizinischen Anwendungen vorzugs­ weise verwendet. Demzufolge wäre es wünschenswert, ein Druckschwingadsorptionsverfahren vorzusehen, welches zur Erzeugung eines Produktstroms aus einem Luftversorgungs­ strom geeignet ist, der eine Sauerstoffkonzentration aufweist, welche größer als 95% ist.

Es ist eine Druckschwingadsorptionseinrichtung bekannt, welche einen Produktstrom erzeugen kann, der eine Sauerstoffkonzentration von relativ hoher Reinheit auf­ weist. Eine derartige, in der US-PS 41 90 424 gezeigte und beschriebene Einrichtung umfaßt ein Paar Betten aus molekularen Kohlenstoffsieben und einem Paar Betten aus molekularen Zeolithsieben. Die Betten stehen durch ein verhältnismäßig kompliziertes Netzwerk an Rohrleitungen, Ventilen und Vorratsbehältern sowie einer Vielzahl von Kompressoren miteinander in Flußverbindung. Während des Betriebs der Einrichtung wird ein Versorgungsstrom aus Luftbestandteilen (insbesondere Sauerstoff, Stickstoff und Argon) zu den Kohlenstoffbetten geführt, wo der Sauerstoff bei einer höheren Rate als der Stickstoff und das Argon adsorbiert wird. Die Kohlenstoffbetten werden anschließend einem Reinigungsschritt unterzogen, so daß ein Reini­ gungsstrom aus den Kohlenstoffbetten fließt, welcher reich an Sauerstoff sowie arm an Stickstoff und Argon ist. Schließlich wird daran anschließend ein Teil dieses Reinigungsstroms als Ausgangsmaterial durch die Zeolith­ betten geführt, wo Stickstoff weiter adsorbiert wird, so daß der die Zeolithbetten verlassende Produktstrom eine hohe Sauerstoffreinheit besitzt.

Ein mit dieser Einrichtung des angesprochenen Patents verbundener Nachteil betrifft das verhältnismäßig kompli­ zierte Netzwerk an Rohrleitungen, Ventilen und Kompres­ soren, um ausgesuchte Gasgemische zwischen den Betten und durch die Betten zu fördern. Die Einrichtung umfaßt tatsächlich nicht weniger als zwanzig Ventile und drei Pumpen, um in der gewünschten Weise zu arbeiten. Aufgrund der Anzahl der verwendeten Ventilbaugruppen und der erforderlichen Leistung für die drei Pumpen ist diese Einrichtung, wenn sie benutzt wird, teuer hinsichtlich Konstruktion und Betrieb. Es wäre wünschenswert, eine Einrichtung der vorstehend beschriebenen Art vorzusehen, welche ein weniger kompliziertes Netzwerk an Rohrlei­ tungen, Ventilen und eine geringere Anzahl an Pumpen oder Kompressoren verwendet.

Eine weitere mit der Einrichtung des obengenannten Patents verbundener Nachteil betrifft die Vorrichtungen, welche dafür vorgesehen sind, Feuchtigkeit oder ähnliche Verunreinigungen aus dem zu der Einrichtung geführten Versorgungsstrom der Luftbestandteile fern zu halten. Insbesondere erfordern derartige Vorrichtungen die Ent­ lüftung eines Teils des Gases, das von den Betten des molekularen Zeolithsiebes abgezogen wird. Unter normalen Arbeitsbedingungen weist das von den Zeolithsiebbetten abgezogene Gas nicht nur Feuchtigkeit, sondern ebenso einen verhältnismäßig hohen Prozentgehalt an Sauerstoff auf (annähernd 80 Vol.-%). Deshalb erfährt die Einrichtung bei der Entlüftung des von den Zeolithsiebbetten abgezogenen Gases einen bedeutenden Verlust an Sauerstoff. Folglich verringert sich der Gesamtwirkungsgrad der Einrichtung zur Erzeugung von Sauerstoff bei der Entlüftung dieses Stroms. Es wäre wünschenswert, eine Einrichtung vorzusehen, bei der in dem zu der Einrichtung geführten Luftversorgungs­ strom Verunreinigungen ohne spürbaren Verlust des Gesamt­ wirkungsgrads der Einrichtung zur Erzeugung von Sauerstoff beseitigt werden.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes Druckschwingadsorptionsverfahren und eine Einrichtung zur Abtrennung eines ausgewählten Bestandteils eines Luftbe­ standteile enthaltenden Gasgemisches vorzusehen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein derartiges Verfahren und eine derartige Einrichtung vorzusehen, die zum Zwecke der Auftrennung von Luft in getrennte Mengen von Sauerstoff und Stickstoff hoher Reinheit das Prinzip der kinetischen Abtrennung und der Gleichgewichtsabtrennung miteinander verbindet.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein derartiges Verfahren und eine derartige Einrichtung zur Erzeugung eines Produktstromes vorzusehen, der eine Sauerstoffkon­ zentration von wenigstens 99,5 Vol-% aufweist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine derartige Einrichtung mit einer wirksamen Vorrichtung zur Zurückhaltung von Feuchtigkeit ohne Verringerung des Wirkungsgrads der Einrichtung zur Erzeugung von Sauerstoff vorzusehen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine derartige Einrichtung vorzusehen, welche verhältnis­ mäßig kompakt und unkompliziert aufgebaut sowie hinsicht­ lich Konstruktion und Arbeitsweise ökonomisch ist.

Die Erfindung betrifft ein Druckschwingadsorptionsverfahren und eine Einrichtung, die einen ersten Adsorptionsbereich zur hauptsächlichen Adsorption von Sauerstoff aus einem Sauerstoff, Stickstoff und Argon enthaltenden Versorgungsstrom durch kinetische Abtrennungstechniken und einen zweiten Adsorptionsbereich zur Adsorption von Stickstoff aus einem Sauerstoff und Stickstoff enthaltenden Versorgungsstrom durch Gleichge­ wichtsabtrennungstechniken verwenden. Sowohl der erste als auch der zweite Adsorptionsbereich umfaßt einen Ein- und Auslaß.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Luftbe­ standteile enthaltender Gasversorgungsstrom in den Einlaß des ersten Adsorptionsbereichs geführt, derart, daß Sauerstoff hauptsächlich durch den ersten Adsorptionsbe­ reich adsorbiert wird und ein Gasgemisch, das im Verhält­ nis zu dem Versorgungsstrom reich an Stickstoff und Argon ist, den Auslaß des ersten Adsorptionsbereichs verläßt. Dieser den Auslaß des ersten Adsorptionsbereichs verlas­ sende Gasstrom, der normalerweise eine hohe Volumenkon­ zentration an Stickstoff aufweist, kann, falls dies gewünscht wird, für die Verwendung als hoch reines Stickstoffprodukt gesammelt werden. Der zu dem Einlaß des ersten Adsorptionsbereichs fließende Versorgungsstrom wird anschließend unterbrochen und gasförmige Anteile des ersten Adsorptionsbereichs werden aus dem ersten Adsorp­ tionsbereich durch den Einlaß geführt, derart, daß ein Reinigungsstrom, der gegenüber dem Versorgungsstrom reich an Sauerstoff und arm an Stickstoff und Argon ist, den Einlaß des ersten Adsorptionsbereichs verläßt. Während einer Startperiode dieses Führungsschritts wird der Reinigungsstrom in die Atmosphäre entlüftet und während einer späteren Periode dieses Führungsschritts wird der Reinigungsstrom in den Einlaß des zweiten Adsorptionsbe­ reichs geführt. Da der Reinigungsstrom durch den zweiten Adsorptionsbereich hindurchgeführt wird, wird Stickstoff adsorbiert, so daß ein gasförmiger Strom, der im Vergleich zu dem Reinigungsstrom eine hohe Sauerstoffreinheit aufweist, den Auslaß des zweiten Adsorptionsbereichs verläßt. Der zu dem Einlaß des zweiten Adsorptionsbereichs fließende Reinigungsstrom wird anschließend unterbrochen und die gasförmigen Anteile des zweiten Adsorptionsbe­ reichs werden aus dem zweiten Bereich durch dessen Einlaß herausgeführt, so daß ein Desorptionsstrom den Einlaß des zweiten Adsorptionsbereichs verläßt.

In einer Ausführungsform der Einrichtung wird eine ein­ zelne Pumpe zur Förderung des Gasstroms zwischen den Adsorptionsbereichen und durch die Adsorptionsbereiche verwendet. Erste Ventilmittel stehen in Verbindung mit dem Einlaß der Pumpe und sind betriebsmäßig mit den Einlässen des ersten und zweiten Adsorptionsbereichs mittels geeig­ neter Rohrleitungen verbunden, so daß der Pumpeneinlaß wahlweise mit dem Einlaß des ersten Adsorptionsbereichs oder mit den Einlaß des zweiten Adsorptionsbereichs sowie mit der Atmosphäre in Verbindung treten kann. Zweite Ventilmittel stehen mit dem Auslaß der Pumpe in Verbindung und sind betriebsmäßig mit dem Einlaß des ersten und zweiten Adsorptionsbereichs durch geeignete Rohrleitungen verbunden, so daß der Pumpenauslaß wahlweise mit der Atmosphäre, mit dem Einlaß des ersten Adsorptionsbereichs oder mit dem Einlaß des zweiten Adsorptionsbereichs in Verbindung treten kann. Zusätzlich stehen Steuerungsmittel mit den ersten und zweiten Ventilmitteln in Verbindung, so daß die Einrichtung aufeinanderfolgende Stufen der oben beschriebenen Verfahrensausführung zyklisch durchläuft.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sowie ein Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden nachste­ hend an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Einrichtung, mit der ein Druckschwingadsorptionsverfahren durchge­ führt werden kann und die die Flußrichtungen des eine Stufe des Prozeßzyklus unterworfenen Gases durch die Einrichtung zeigt;

Fig. 2 eine zu Fig. 1 vergleichbare Ansicht, die die Flußrichtungen des einer anderen Stufe des Prozeßzyklus unterworfenen Gases durch die Ein­ richtung darstellt;

Fig. 3 eine zu Fig. 1 vergleichbare Ansicht, die die Flußrichtungen des einer weiteren Stufe des Prozeßzyklus unterworfenen Gases durch die Ein­ richtung darstellt;

Fig. 4 ein die verschiedenen Betriebsstufen des in den Fig. 1-3 schematisch dargestellten Druckschwingadsorptionsverfahren wiedergebendes Schaubild; und

Fig. 5 eine grafische Darstellung, die die Druckhöhen der Adsorbereinrichtung und des Vorratstanks während der in Fig. 4 dargestellten Betriebs­ stufen zeigt.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer allgemein mit 20 bezeichneten Einrichtung zur Auftrennung eines Versor­ gungsstroms eines Gasgemisches in Ströme gezeigt, welche reich an vorbestimmten Bestandteilen des Gemisches sind. In die dargestellte Einrichtung 20 wird ein teilweise aus Luft bestehendes Gasgemisch in die Einrichtung 20 einge­ bracht und verläßt die Einrichtung in Form von zwei Gasströmen, welche jeweils reich an Stickstoff und Sauer­ stoff sind. Wie nachstehend noch verdeutlicht wird, ist die Einrichtung 20 insbesondere in bezug auf die Verwendung einer Druckschwingadsorption zur Auftrennung von Luft zur Herstellung eines stickstoffreichen und eines sauerstoffreichen Stroms beschrieben und gezeigt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die Grundsätze der vorlie­ genden Erfindung in unterschiedlicher Form benutzt werden können.

Die Einrichtung 20 umfaßt eine einzelne Pumpe oder einen einzelnen Kompressor 22, ein erstes Adsorptionsbett oder einen ersten Adsorptionsbereich 24, ein zweites Adsorpti­ onsbett oder einen zweiten Adsorptionsbereich 28, ein Reservoir in Form eines Vorratstanks 30 zur Sammlung des den zweiten Adsorptionsbereich 28 verlassenden Produktga­ ses und ein Netzwerk an Rohrleitungen, welche den betriebsmäßigen Fluß zwischen dem Kompressor 22 sowie dem ersten und zweiten Adsorptionsbereich 24, 28 gestatten. Zusätzlich sind betriebsmäßig jeweils erste und zweite Ventilmittel 25 und 26 in dem vorgenannten Netzwerk an Rohrleitungen angeordnet, um den Gasfluß durch den Kom­ pressor 22 für ein wahlweises Führen zwischen den Adsorp­ tionsbereichen 24, 28 zu ermöglichen. Um die Einrichtung 20 durch ihre Betriebsstufen zu führen, umfaßt die Einrichtung 20 Steuerungsmittel 32, die betriebsmäßig mit den Ventilmitteln 25, 26 verbunden sind.

Der Kompressor 22 weist einen Einlaß 34 und einen Auslaß 36 auf. Flußrohrleitungen 38, 40 sind betriebsmäßig jeweils mit dem Kompressoreinlaß 34 und dem Kompressorauslaß 36 verbunden. Wie hieraus deutlich wird, wird der Kompressor 22 zum Einsaugen von Luft in die Einrichtung 20, zum Herauspumpen von wirkungslosem Gas oder Abgas aus der Einrichtung 20 und zur Förderung der Gasströme zwischen dem ersten und zweiten Adsorptionsbereich 24, 28 verwendet.

Der erste Adsorptionsbereich 24 der Einrichtung 20 umfaßt einen einzelnen Kessel 42, der einen Einlaß 44 und einen Auslaß 46 sowie einen inneren Hohlraum aufweist, der zwischen dem Einlaß 44 und dem Auslaß 46 angeordnet ist. Der Hauptabschnitt des Hohlraums des Kessels 42 ist mit einer Menge von Adsorbermaterial 41 gefüllt, um Sauerstoff aus einem Sauerstoff, Stickstoff und Argon enthaltenden Versorungsstrom zu adsorbieren bei einer gegenüber der Adsorption von Stickstoff und Argon größeren Geschwindig­ keit. Demgemäß ist das Adsorbermaterial 41 des Bereichs 24 dafür geeignet, Bestandteile des Gasgemisches, basierend auf den Grundsätzen der kinetischen Abtrennung, zu adsorbieren, wobei der aus dem Sauerstoff, Stickstoff und Argon enthaltenden Gasgemisch adsorbierte Hauptbestandteil Sauerstoff ist. Das Adsorbermaterial 41 des ersten Ad­ sorptionsbereichs 24 kann eine Vielzahl von Adsorbermaterialien umfassen, jedoch wird vorzugsweise ein Kohlenstoffsiebmaterial vorgesehen.

Zusätzlich zu dem Kohlenstoffsiebmaterial 41 kann der Kessel 42 auch eine Schicht einer gegenüber der Menge des Kohlenstoffsiebmaterials 41 kleine Menge 43 von Zeolith­ siebmaterial beinhalten, das zwischen dem Einlaß 44 und dem Kohlenstoffsiebmaterial 41 angeordnet ist. Zusammen verleihen das Kohlenstoffsiebmaterial 41 und das Zeolithsiebmaterial 43 dem ersten Bereich 24 eine Ver­ bundnatur. Das Zeolithsiebmaterial 43 ist innerhalb des Bereichs 24 wegen seiner Fähigkeit, Feuchtigkeit und ähnliche Verunreinigungen zu adsorbieren, vorgesehen und ist innerhalb des Bereichs 24 so angeordnet, daß eine in den Einlaß 44 des Bereichs 24 eintretendes Gasgemisch veranlaßt wird, durch das Zeolithsiebmaterial 43 vor dem Eintritt in das Kohlenstoffsiebmaterial 41 hindurchzu­ strömen. Deshalb ist das dann in das Kohlenstoffsiebma­ terial 41 durch den Einlaßbereich 44 eintretende Gasge­ misch im wesentlichen frei von Feuchtigkeit und ähnlichen Verunreinigungen.

Während einer Betriebsphase der Einrichtung 20 wird ein Sauerstoff, Stickstoff und Argon enthaltendes Gasgemisch durch den Einlaß 44 des ersten Bereichs 24 geführt. Da die Diffusionsrate von Sauerstoff innerhalb des ersten Be­ reichs 24 um zwei Größenordnungen größer als die Diffusi­ onsrate von Stickstoff oder Argon ist, wird der Stickstoff und das Argon durch das Kohlenstoffsiebmaterial 41 hin­ durch und aus dem Ausgangsbereich 46 herausgeführt, während Sauerstoff und ein kleinerer Betrag des Stick­ stoffs und des Argons durch das Kohlenstoffsiebmaterial 41 adsorbiert werden. Da der den Ausgangsbereich 46 verlas­ sende Gasstrom verhältnismäßig reich an Stickstoff in bezug auf das Volumen ist, kann dieser austretende Gas­ strom in einem nicht gezeigten Vorratstank gesammelt werden, um ihn als Produktgas zu verwenden, welches eine hohe Stickstoffreinheit besitzt. Um ein Zurückfließen des den Auslaßbereich 46 verlassenden Gasgemisches in den Bereich 24 durch den Auslaß 46 zu verhindern, ist ein Absperr- oder Rückschlagventil 50 vorgesehen, welches betriebsmäßig in einer von dem Auslaßbereich 46 heraus­ führenden Rohrleitung 49 angeordnet ist.

Der zweite Adsorptionsbereich 28 der Einrichtung 20 umfaßt einen einzelnen Kessel 42, der einen Einlaß 54 und einen Auslaß 56 sowie einen inneren Hohlraum aufweist, der zwischen dem Einlaß 54 und dem Auslaß 56 angeordnet ist. Der Hohlraum des Kessels 52 ist mit einer Menge eines Adsorbermaterials 53 gefüllt, welches geeignet ist, Stickstoff aus einem Sauerstoff, Stickstoff und Argon enthaltenden Gasstrom zu adsorbieren, wobei der Adsorp­ tionsmechanismus des Bereichs 28 auf den Prinzipien der Gleichgewichtsabtrennung beruht. Das Adsorbermaterial 53 des zweiten Adsorptionsbereichs 28 kann durch eine Viel­ zahl von Materialien gebildet sein, jedoch wird vorzugs­ weise ein Zeolithsiebmaterial vorgesehen. Um stickstoffreiche und sauerstoffreiche Ströme mit dem hierin beschriebenen Druckschwingadsorptionsverfahren zu erzeugen, ist die Menge des in dem Kessel 52 des zweiten Bereichs 28 enthaltenden Zeolithsiebmaterials 53 im Verhältnis zu der Menge des in dem Kessel 42 des ersten Bereichs 24 angeordneten Kohlenstoffsiebmaterials ver­ hältnismäßig klein. In der dargestellten Einrichtung ist die Menge des Zeolithsiebmaterials 53 ungefähr 1/3 so groß wie die Menge des Kohlenstoffsiebmaterials 41.

Während einer vorgewählten Betriebsphase der Einrichtung 20 wird ein gegenüber dem in den ersten Bereich 24 ein­ tretenden Versorgungsstrom an Sauerstoff reicher und an Stickstoff und Argon armer Gasstrom in den Einlaß 54 des zweiten Bereichs 28 geführt, so daß Stickstoff durch das Adsorptionsmaterial 53 adsorbiert wird. Folglich weist der aus dem Bereich 28 durch den Auslaßbereich 56 herausflie­ ßende Gasstrom eine hohe Sauerstoffkonzentration und eine niedrige Argonkonzentration auf und ist weiterhin arm an Stickstoff. Zur Sammlung des hochreinen Sauerstoffpro­ dukts, welches aus dem zweiten Bereich 52 durch den Auslaßbereich 56 fließt, ist ein Vorratstank 30 mit dem Auslaßbereich 56 mittels paralleler Rohrleitungen 57, 59 verbunden. Ein Absperr- oder Rückschlagventil 58 ist in geeigneter Weise innerhalb der Rohrleitung 57 zur Begren­ zung von Gas, welches durch die Rohrleitung 57 zu dem Vorratstank 30 strömt, angeordnet. Zusätzlich ist in geeigneter Weise eine Öffnung 60 innerhalb der Rohrleitung 59 zu Steuerung der Flußrate des Produktgases angeordnet, welches innerhalb des Vorratstanks 30 hinter dem Auslaß­ bereich 56 gesammelt wird. Zur Erleichterung des Abziehens des Produktgases vom Vorratstank 30 bei einem geregelten Druck, ist ein Sauerstoffregler 61 in einer Rohrleitung 76 angebracht, die von dem Vorratstankausfluß wegführt.

Wie bereits vorstehend erwähnt wurde, sind jeweils die ersten und zweiten Ventilmittel 25, 26 der Einrichtung 20 innerhalb des den Kompressor 22 und die Adsorptionsbe­ reiche 24 und 28 verbindenden Netzwerks an Rohrleitungen angeordnet, um den Fluß des Gasstroms zwischen den Be­ reichen 24, 28 und durch die Bereiche 24, 28 wahlweise zu führen. Für den vorliegenden Zweck sind die Rohrleitungen des vorerwähnten Netzwerkes mit 80, 82, 84, 86, 88, 90 in Fig. 1 bezeichnet. Die ersten Ventilmittel 25 umfassen ein erstes Zweiwegeventil 62, welches betriebsmäßig stromauf­ wärts des Kompressoreinlasses 34 in Reihe mit der Rohr­ leitung 80 mit dieser verbunden ist, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, um wahlweise dem Kompressor 22 ein Einsaugen von Luft in die Einrichtung 20 aus der umgebenen Atmo­ sphäre zu gestatten oder zu verhindern. Die ersten Ven­ tilmittel 25 umfassen darüber hinaus ein zweites Zweiwe­ geventil 68, welches in der Rohrleitung 82 angeordnet ist und in Reihe zwischen dem Kompressoreinlaß 34 sowie dem Einlaß 44 des ersten Bereichs 24 geschaltet ist. Darüber hinaus umfassen die ersten Ventilmittel 25 ein drittes Zweiwegeventil 70, welches in der Rohrleitung 84 angeord­ net ist und in Reihe zwischen dem Kompressoreinlaß 34 sowie dem Einlaß 54 des zweiten Bereichs angeordnet ist. Aus einem noch darzulegenden Grund umfassen die Ventil­ mittel 25 weiterhin ein Absperr- oder Rückschlagventil 74, welches in Reihe mit dem ersten Ventil 62 und dem Kom­ pressoreinlaß 34 geschaltet ist, um den Fluß der Luft durch das Ventil 62 zu dem Kompressoreinlaß 34 zu be­ schränken.

Die Ventilmittel 26 umfassen ein erstes Zweiwegeventil 64, welches betriebsmäßig stromabwärts des Kompressorauslasses 36 in Reihe mit der Rohrleitung 86 geschaltet und mit dieser verbunden ist, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, um wahlweise dem Kompressor 22 eine Abgabe von Gas aus der Einrichtung 20 in die umgebende Atmosphäre zu gestatten oder zu vermeiden. Die zweiten Ventilmittel 26 umfassen ebenso ein zweites Zweiwegeventil 66, welches in der Rohrleitung 88 angeordnet ist und in Reihe zwischen dem Kompressorauslaß 36 und dem Einlaß 44 des ersten Bereichs 24 geschaltet ist. Darüber hinaus umfassen die zweiten Ventilmittel 26 ein drittes Zweiwegeventil 72, welches in der Rohrleitung 90 angeordnet ist und in Reihe zwischen dem Kompressorauslaß 36 und dem Einlaß 54 des zweiten Bereiches 28 geschaltet ist.

Jedes der vorerwähnten Zweiwegeventile 62, 64, 66, 68, 70 und 72 in der Einrichtung 20 ist ein solenoidartiges Ventil, welches in Abhängigkeit eines Beaufschlagens oder Nichtbeaufschlagens mit einer Kraft auf das Ventil schaltet. Zusätzlich umfassen die Steuerungsmittel 32 der Einrichtung 20 Zeiterfassungmechanismen, die in geeigneter Weise mit den Ventilen 62, 64, 66, 68, 70 und 72 verdrahtet sind, um die Ventile am Ende einer vorbestimmten Zeitpe­ riode zu öffnen oder zu schließen. Folglich werden die verschiedenen Stufen der hierin beschriebenen Betriebs­ weise der Einrichtung automatisch durch die Steuerungs­ mittel 32 gesteuert, welche automatisch den Betrag der Zeit steuern, für den jedes Ventil 62, 64, 66, 68, 70 und 72 geöffnet oder geschlossen wird.

In bezug auf die Fig. 1-4 umfaßt eine Ausführung eines Druckschwingadsorptionsverfahrens, welches mit der Ein­ richtung 20 durchgeführt wird, einen Arbeitszyklus, wobei jeder Zyklus drei Stufen aufweist. In kurzen Worten kann die erste Stufe als eine Zufüh­ rungs-/Stickstoffproduktionsstufe bezeichnet werden, während der ein Versorgungsstrom, der von der Atmosphäre abgezogene Luft und einen den Einlaß 54 des zweiten Bereichs 28 verlassenden, gasförmigen Desorptionsstrom umfaßt, welcher in den Einlaß 44 des ersten Bereiches 24 geführt wird. Da der Versorgungsstrom durch den ersten Bereich 24 strömt, verläßt ein Gas, welches gegenüber dem in den Einlaßbereich 44 eintretenden Versorgungsstrom reich an Stickstoff und Argon ist, den Auslaßbereich 46. Falls dies gewünscht wird, kann das den Auslaßbereich 46 verlassende Gas zur Verwendung als ein hochreines Stick­ stoffprodukt gesammelt werden. Die zweite Stufe kann als eine ungenutzte Gasauslaß- oder Abgasstufe beschrieben werden, während der der Einlaßbereich 44 in die Atmosphäre entlüftet wird. Die dritte Stufe kann als eine Sauerstoffproduktionsstufe bezeichnet werden, während der gasförmige Bestandteile des ersten Adsorptionsbereichs 24 in den zweiten Bereich 28 durch den Einlaß 54 geführt werden. Da die von dem ersten Bereich 24 stammenden gasförmigen Bestandteile durch den zweiten Bereich 28 geführt werden, verläßt ein Produktgas, welches gegenüber dem in den Eingangsbereich 54 eintretenden Fluß an gasförmigen Bestandteilen reich an Sauerstoff ist, den Auslaßbereich 56 und wird zum weiteren Gebrauch in einem Vorratstank 30 gesammelt. Zur Vervollständigung der Sauerstoffproduktionsstufe wird der zweite Bereich 28 von gasförmigen Bestandteilen gereinigt, derart, daß ein Desorptionsstrom den zweiten Bereich 28 über dessen Einlaß 54 verläßt und zusammen mit einer Menge atmosphärischer Luft in Richtung des Einlasses 44 des ersten Bereiches 24 geleitet wird, um den Verfahrenszyklus von neuem zu beginnen.

Die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Ausführung des Verfahrens kann am besten im Zusammenhang mit einer Beschreibung der Führung der Zweiwegeventile 62, 64, 66, 68, 70 und 72 der Einrichtung 20 verstanden werden. Bevor die erste Stufe, oder die Zuführungs-/ Stickstoffproduktionsebene, beginnt, werden die Ventile 68 und 72 geöffnet sowie die Ventile 62, 64, 66 und 70 ge­ schlossen, derart, daß ein Gasstrom durch den Kompressor 22 von dem ersten Bereich 24 zu dem zweiten Bereich 28 gepumpt wird und daß der Innendruck des ersten Bereichs 24 unterhalb des Atmosphärendrucks ist und der Innendruck des zweiten Bereichs 28 auf einen höheren Druck geführt ist, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist.

Um die erste Stufe, oder die Zufüh­ rungs-/Stickstoffproduktionstufe, zu starten, werden die Ventile 64, 68 und 72 geschlossen und die Ventile 62, 66 und 70 geöffnet, so daß ein Versorgungsstromgemisch aus atmosphärischer Luft und ein Desorptionsgasstrom von dem unter Druck gesetzten zweiten Bereich 28 zu dem Einlaß 44 des ersten Bereichs 24 durch den Kompressor 22 geliefert wird, wie dies durch den Flußrichtungspfeil A in Fig. 1 angedeutet ist. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, fällt der Innendruck des zweiten Bereichs 28 schnell während der Startzeitabschnitte der ersten Stufe auf eine Höhe ge­ ringfügig unterhalb des atmosphärischen Drucks. Bis der Druck in dem zweiten Bereich 28 auf atmosphärische Höhe fällt, wird der zu dem Einlaß 44 des ersten Bereichs 24 geführte Versorgungsstrom vollständig von dem Desorptionsgasstrom aufgenommen, welcher den zweiten Einlaßbereich 54 verläßt. Das Absperr- oder Rückschlag­ ventil 74 verhindert das Abfließen des Desorptionsgases aus der Einrichtung 20 durch das geöffnete Ventil 62. Sobald der Innendruck des zweiten Bereiches 28 den atmo­ sphärischen Druck erreicht, beginnt der Kompressor 22 Luft von der umgebenden Atmosphäre abzuziehen und fährt mit der Evakuierung des zweiten Bereiches 28 fort. Deshalb wird, während des zuletzt genannten Zeitabschnitts der ersten Stufe das Gasgemisch, das durch den Kompressor 22 zur Belieferung als Versorgungsstrom an den ersten Bereich 24 gefördert wird, teilweise von den gasförmigen Bestandteilen, die von dem zweiten Bereich 28 abgezogen werden, und teilweise von der Frischluft (atmosphärisch make-up-Luft), die von der Umgebung abgezogen wird, aufgenommen.

Das Gasgemisch, welches durch den Kompressor 22 während der ersten Stufe, oder Stickstoffherstellungsstufe, gefördert wird, wird als ein Versorgungsstrom zu dem ersten Bereich geführt, wo Sauerstoff hauptsächlich durch das Adsorptionsmaterial 41 adsorbiert wird. Wie bereits vorstehend erwähnt wurde, wird die in dem Versorgungsstrom vorhandene Feuchtigkeit oder ähnliche Verunreinigungen in der Schicht des Zeolithsiebmaterials 43 in dem Bett adsorbiert, so daß vor dem Eintreten in die Schicht des Kohlenstoffsiebmaterials 41 der Versorgungsstrom im wesentlichen frei von Feuchtigkeit und ähnlichen Verun­ reinigungen ist. Da der Versorgungsstrom weiterhin durch das Bettmaterial 41 geführt wird, wird hauptsächlich Sauerstoff adsorbiert, so daß der den Auslaßbereich 46 verlassende Gasstrom gegenüber dem Versorgungsstrom reich an Stickstoff und Argon ist. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, steigt der Innendruck des ersten Bereiches 24 während der Dauer der ersten Stufe, oder der Versor­ gungs-/Stickstoffproduktionsstufe an.

Die zweite Stufe, oder Abgasauslaßstufe, beginnt, wenn der erste Bereich 24 etwa gesättigt ist. Demgemäß wird die Zeitsteuerung der Steuerungsmittel 32 der Einrichtung Voreingestellt, um gleichzeitig die geeigneten Ventile zu schließen und zu öffnen im Anschluß an eine vorbestimmte Zeitperiode, die normalerweise ausreicht, um den ersten Adsorptionsbereich 24 zu sättigen während der ersten Stufe, oder der Versorgungs-/Stickstoffproduktionsstufe. Insbesondere schließen im Anschluß an die vorbestimmte Zeitperiode, die ausreicht, um den Bereich 24 zu sättigen, die Steuerungsmittel 32 die Ventile 62, 66, 70 und 72 das bereits von der vorhergehenden ersten Stufe geschlossen ist, und öffnen die Ventile 64 und 68, um die zweite Stufe zu starten. Sobald die Ventile 64 und 68 geöffnet sind, werden die gasförmigen Bestandteile des Adsorberbereichseinlaß 44 in die Atmosphäre entlüftet, wie dies durch den Flußrichtungspfeil B in Fig. 2 gezeigt ist. Das bei dem ersten Adsorberbereichsauslaß 46 angeordnete Absperr- oder Rückschlagventil 50 verhindert den Fluß des Gases, welches den Bereichsauslaß 46 verläßt, an dem Zurückfließen in den Auslaß 46 des Adsorberbereichs 24.

Da die gasförmigen Bestandteile den ersten Adsorptionsbe­ reich 24 durch dessen Einlaß 44 verlassen, wird der erste Bereich 24 von desorbierten Bestandteilen in einem Reini­ gungsgasstrom gereinigt. Daraus folgt, daß der den Ein­ laßbereich 44 verlassende Reinigungsgasstrom reich an Sauerstoff gegenüber dem den Einlaßbereich 44 eintretenden Versorgungsstrom ist, da der Sauerstoff der durch den Bereich 24 während der ersten Stufe hauptsächlich adsorbierte Gasbestandteil ist.

Der Zweck der zweiten Stufe, oder Abgasauslaßstufe, ist, denjenigen Teil des Reinigungsgasstroms an die Atmosphäre abzugeben, welcher die höchste Konzentration an Feuchtig­ keit und vergleichbaren Verunreinigungen beinhaltet, die aus dem ersten Bereich 24 während der Reinigung entnommen worden sind. Insbesondere beinhaltet der den Anfangsbe­ reich des den Adsorberbereichseinlaß 44 verlassende Reinigungsgasfluß den Hauptteil der Feuchtigkeit und der vergleichbaren Verunreinigungen, der zuvor durch die Zeolithschicht 43 gesammelt wurde. Es ist dieser Feuch­ tigkeit enthaltende Teil des Reinigungsgasstromes, welcher an die Atmosphäre abgegeben wird. Der Teil des Reini­ gungsstroms, der auf den die Feuchtigkeit enthaltenden Teil folgt, weist einen progressiven Anstieg in der Sauerstoffkonzentration im Laufe der Zeit auf. Wie in Fig. 5 dargestellt ist, fällt der Innendruck des ersten Ad­ sorptionsbereichs 24 sehr schnell während der Periode der zweiten Stufe, oder der Abgasabgabestufe, und wird auf eine Höhe unterhalb des atmosphärischen Drucks reduziert infolge des kontinuierlichen Abzugs des Kompressors 22 der gasförmigen Bestandteile von dem Bereich 24.

Im Anschluß an eine vorbestimmte Zeitperiode, welche mit der Abgasabgabestufe beginnt, wie beispielsweise zwischen zwei und fünf Sekunden, schließen die Steuerungsmittel 32 das Ventil 64, um den Fluß des Reinigungsgases an die Atmosphäre zu unterbrechen, und öffnen das Ventil 72, um die dritte Stufe, oder Sauerstoffherstellungsstufe zu starten. Mit den nun geöffneten Ventilen 68, 72 werden die gasförmigen Bestandteile des ersten Bereiches 24, welche fortlaufend aus dem Einlaß 44 des Adsorptionsbereichs 24 durch den Kompressor 22 abgezogen werden, in den Einlaß 54 des zweiten Adsorptionsbereichs 28 gepumpt, wie dies durch den Flußrichtungspfeil C in Fig. 3 dargestellt ist. Da diese gasförmigen Bestandteile, die gegenüber dem in den ersten Bereich 24 eintretenden Versorgungsstrom reich an Sauerstoff und arm an Nitrogen und Argon sind, fortlaufend von dem ersten Bereich 24 durch den Adsorptionsbereichs­ einlaß 54 geführt werden, wird Stickstoff adsorbiert von dem Gasstrom, welcher durch den zweiten Bereich 28 geführt wird, so daß das Gas, welches den Adsorptionsbereichsaus­ laß 56 verläßt und innerhalb des Vorratstanks 30 als ein Produktgas gesammelt wird, im wesentlichen hoch reinen Sauerstoff aufweist.

Wie in Fig. 5 dargestellt ist, fährt der Innendruck des ersten Adsorptionsbereichs 24 fort während der Dauer der dritten Stufe, oder der Sauerstoffproduktionsstufe zu fallen, während der Innendruck des zweiten Adsorptionsbe­ reichs 28 zunimmt. Der Kompressor 22 arbeitet als eine Vakuumpumpe während des Zyklus der dritten Stufe durch Halten des Innendrucks des ersten Bereichs 24 unterhalb des atmosphärischen Drucks, während gleichzeitig die Höhe des Innendrucks des zweiten Bereichs 28 auf ein höheres Niveau zunimmt. Die Druckhöhe des zweiten Bereichs 28 ist so in einem angehobenen Zustand und die Druckhöhe des ersten Bereichs 24 befindet sich in einem drucklosen Zustand unterhalb der Höhe des atmosphärischen Drucks, wenn der Arbeitszyklus mit der ersten Stufe, oder der Versorgungs-/Stickstoffproduktionsstufe gestartet wird.

Um den Arbeitszyklus mit der ersten Stufe oder der Ver­ sorgungs-/Stickstoffproduktionsstufe zu starten, schließen die Steuerungsmittel 32 die Ventile 68 und 72 und öffnen die Ventile 62, 70 und 66 erneut. Diese erste Stufe, oder Versorgungs-/Stickstoffproduktionsstufe wird erneut gestartet, wenn der Adsorptionsbereich 28 etwa gesättigt wird. Demgemäß werden die Zeitsteuerung der Steuerungs­ mittel 32 der Einrichtung vorgewählt, um gleichzeitig die Ventile 68 und 72 zu schließen und die Ventile 62, 70 und 76 zu öffnen im Anschluß an eine Zeitperiode, die norma­ lerweise ausreicht, um den Adsorptionsbereich 28 während der dritten Stufe, oder Sauerstoffproduktionsstufe zu sättigen.

Wie vorstehend erwähnt wurde, enthält der an den Einlaß 44 des ersten Adsorptionsbereich 24 gelieferte Versorgungs­ strom teilweise den Desorptionsgasstrom, welcher den Einlaß 54 des zweiten Bereichs 28 während der ersten Stufe, oder Versorgungs-/Stickstoffproduktionsstufe verläßt. Da der Gasstrom, der durch den zweiten Bereich 28 während der dritten Stufe, oder der Sauerstoffprodukti­ onsstufe geführt wird, hoch mit Sauerstoff angereichert ist, enthält der Desorptionsgasstrom, welcher von dem zweiten Bereich 28 während der ersten Stufe abgezogen wird, Sauerstoff in einer höheren Konzentration als Luft. Deshalb wächst durch die Rückführung des den zweiten Bereich 28 durch den ersten Bereich 24 während der ersten Stufe verlassende Desorptionsgasstroms der Wirkungsgrad der Erzeugung des hoch reinen Sauerstoffs wesentlich. Die Sauerstoffproduktion wird weiterhin durch den Reinigungskreislauf gesteigert, der durch die Rohrleitung 59 und die Öffnung 56 vorgesehen ist.

Im Zusammenhang mit dem Fallen des Innendruckes des Vorratstanks 30 während der ersten und zweiten Stufe, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, wird darauf hingewiesen, daß ein hoch angereichertes Sauerstoffprodukt fortlaufend von dem Vorratstank 30 durch die Rohrleitung 76 (Fig. 1) für die Verwendung während jeder und aller Stufen des Betriebs der Einrichtung abgezogen werden kann. Demgemäß gibt der in dem Schaubild der Fig. 5 wiedergegebene Innendruck des Vorratstanks 30 einen kontinuierlichen Abzug des Produkt­ gases von dem Vorratstank 30 wieder und wächst nur während der dritten Stufe, wenn der Tank 30 mittels des den Auslaß 56 des zweiten Bereichs 28 verlassenden Produktgases wieder unter Druck gesetzt wird.

Die vorstehend beschriebene Einrichtung 20 kann verbessert und betrieben werden, um gleichzeitig begrenzte Mengen hoch reinen Sauerstoffs und Stickstoffs (99,5%) zu erzeugen. Alternativ hierzu kann die Einrichtung 20 verbessert und betrieben werden, um gleichzeitig größere Mengen der einen der beiden Sauerstoff- oder Stickstoffkomponenten mit einer hohen Reinheit (99,5%) und der anderen der beiden Stickstoff- oder Sauerstoffkomponenten mit einer geringeren Reinheit (über 90,0%) zu erzeugen. Die Opimierung jeder der vorerwähnten Betriebsweisen kann durch geeignete Einstellung der Zeitzyklen und der Relativbeträge der Produkte erreicht werden, die durch die Rohrleitung 49 abgezogen werden, die mit dem Auslaßbereich 46 verbunden ist, und durch die Rohrleitung 76 abgezogen werden, die mit dem Auslaß des Vorratstanks 30 verbunden ist.

Es folgt aus dem Vorstehenden, daß die oben beschriebene Erfindung die ihr zugrundeliegenden Aufgaben und Ziele löst. Insbesondere wurde ein Zweibettdruckschwingungsadsorptionsverfahren beschrieben, welches sowohl den kinetischen Abtrennungsmechanismus als auch den Gleichgewichtsabtrennungsmechanismus zur gleich­ zeitigen Herstellung von stickstoffreichen und sauerstoffreichen Produktströmen verwendet, welche eine Reinheit von wenigstens 99,5% aufweisen. Eines der beiden Adsorptionsbetten weist einen geschichteten Aufbau von zwei Adsorptionsmaterialien auf. Die Entlüftung dieses Verbundbettes mit der Atmosphäre während einer vorge­ wählten Stufe des Arbeitszyklus entfernt Feuchtigkeit hiervon und verhindert dabei eine Nettofeuchtigkeitsan­ stieg innerhalb der Einrichtung. Zusätzlich umfaßt die Einrichtung einen einzelnen Kompressor 22 und eine kleine Anzahl von Ventilen, so daß die Einrichtung 20 ökonomisch arbeitet und unkompliziert im Aufbau ist. Während die Einrichtung 20 arbeitet, regeneriert der einzelne Kom­ pressor 22 einen der beiden Adsorptionsbereiche durch Abzug, während gleichzeitig der andere Adsorptionsbereich unter Druck gesetzt und versorgt wird, um die Abtrennung zu bewirken.

Es wird darauf hingewiesen, daß eine Vielzahl an Ände­ rungen und anderen Ausführungsformen an den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden können, ohne daß von dem Erfindungsgedanken abgewichen werden muß. Beispielsweise können die Ventilmittel 25, 26, die als drei Zweiwegeventile gezeigt und beschrieben wurden, im Zusammenhang mit einem breiteren Aspekt der Einrichtung gemäß der Erfindung eine kleinere Anzahl an Ventilen umfassen, die geeignet sind, die verschiedene Gasflüsse entlang der gewünschten Flußpfade zu führen. Demgemäß sind die vorstehend beschriebenen Ausführungs­ formen nur als Erläuterung und nicht als Beschränkungen zu verstehen.

Claims (10)

1. Druckschwingadsorptionsverfahren, welches erste und zweite Adsorptionsbereiche verwendet, wobei jeder der Bereiche einen Einlaß und einen Auslaß umfaßt und wobei der erste Adsorptionsbereich hauptsächlich zur Adsorbierung von Sauerstoff aus einem Sauerstoff, Stick­ stoff, Argon und Feuchtigkeit sowie ähnliche Verunreini­ gungen enthaltenden Versorgungsstrom durch kinetische Abtrennungstechniken vorgesehen ist und der zweite Ad­ sorptionsbereich zur Adsorbierung von Stickstoff aus einem Sauerstoff und Stickstoff enthaltenden Versorgungsstrom durch Gleichgewichtsabtrennungstechniken vorgesehen ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

• a) Leiten eines gasförmigen Versorgungsstroms, der zumindest teilweise von der Atmosphäre abgezogen wird und Sauerstoff, Stickstoff, Argon und Feuchtigkeit sowie ähnliche Verunreinigungen enthält, zu dem Einlaß des ersten Adsorptionsbereichs, derart, daß Sauerstoff hauptsächlich durch den ersten Adsorpti­ onsbereich ebenso wie Feuchtigkeit und ähnliche Verunreinigungen, die in dem Versorgungsstrom ent­ halten sind, adsorbiert werden und daß ein Gasge­ misch, das gegenüber dem Versorgungsstrom reich an Stickstoff und Argon ist, den Auslaß des ersten Adsorptionsbereichs verläßt;
• b) Unterbrechen des Versorgungsstromflusses zu dem Einlaß des ersten Adsorptionsbereichs;
• c) Führen der gasförmigen Bestandteile von dem ersten Adsorptionsbereich durch dessen Einlaß für eine vorbestimmte Zeitperiode, derart, daß ein Reini­ gungsstrom, welcher gegenüber dem Versorgungsstrom reich an Sauerstoff und arm an Stickstoff sowie Argon ist, den Einlaß des ersten Adsorptionsbereichs verläßt und daß die Sauerstoffkonzentration des Reinigungsstroms gemeinhin während der vorbestimmten Periode zunimmt, wobei die vorbestimmte Zeitperiode eine Startzeitperiode, welche am Anfang der vorbe­ stimmten Zeitperiode beginnt, und eine verbleibende Zeitperiode umfaßt, welche an dem Ende dieser Start­ periode beginnt und mit dem Ende der vorbestimmten Periode endet;
  • 1. Entlüften des Reinigungsstroms, der von dem ersten Adsorptionsbereich zu der Atmosphäre während der Startzeitperiode geführt wird, um die Feuchtigkeit und ähnliche Verunreinigungen, die durch den ersten Adsorptionsbereich von diesem Prozeßzyklus adsorbiert wurden, zu entfernen;
  • 2. Leiten des von dem ersten Adsorptionsbereich in den Einlaß des zweiten Adsorptionsbereichs während der verbleibenden Zeitperiode geführten Reinigungsstroms, derart, daß während der verbleibenden Zeitperiode Stickstoff aus dem Reinigungsstrom durch den zweiten Adsorptions­ bereich adsorbiert wird und daß ein Gasstrom, welcher gegenüber dem Reinigungsstrom eine hohe Sauerstoff-Reinheit aufweist, den Auslaß des zweiten Adsorptionsbereichs verläßt;
• d) Unterbrechen des Reinigungsstromflusses zu dem Einlaß des zweiten Adsorptionsbereichs; und
• e) Führen der gasförmigen Bestandteile von dem zweiten Adsorptionsbereich durch dessen Einlaß, derart, daß ein Desorptionsstrom den Einlaß des zweiten Adsorp­ tionsbereichs verläßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (a) einen Schritt zum Liefern des Desorptionsstroms, welcher den Einlaß des zweiten Adsorptionsbereichs verläßt, zu dem Einlaß des ersten Adsorptionsbereichs umfaßt, derart, daß der Desorptionsstrom einen Teil des zu dem ersten Adsorp­ tionsbereich geführten Versorgungsstroms bildet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich an den Schritt e eine Wiederholung der Schritte (a-e) anschließt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei sich an Schritt (a) ein Schritt zur Sammlung des Gasgemisches anschließt, das den Auslaß des ersten Adsorptionsbereichs als ein Pro­ duktgas verläßt, welches reich an Stickstoff ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt (c) von einem Schritt zum Sammeln des gasförmigen Stroms gefolgt wird, der den Auslaß des zweiten Adsorptionsbereichs als ein Produktgas verläßt, welches reich an Sauerstoff ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Förderung des Gases in den Schritten (a), (c) und (e) durch eine einzelne Pumpe bewirkt wird.

7. Druckschwingadsorptionseinrichtung, umfassend:
einen ersten Adsorptionsbereich, der einen Einlaß sowie einen Auslaß aufweist und der hauptsächlich zur Adsorbierung von Sauerstoff aus einem Sauerstoff, Stick­ stoff, Argon und Feuchtigkeit sowie ähnliche Verunreini­ gungen enthaltenden Versorgungsstrom durch kinetische Abtrennungstechniken vorgesehen ist;
einen zweiten Adsorptionsbereich, der einen Einlaß sowie einen Auslaß aufweist und der zur Adsorbierung von Stick­ stoff aus einem Sauerstoff und Stickstoff enthaltenden Gasstrom durch Gleichgewichtsabtrennungstechniken vorge­ sehen ist;
eine einzelne Pumpe, die einen Einlaß und einen Auslaß zur Förderung von Gasströmen zwischen den Adsorptionsbereichen und durch die Adsorptionsbereiche aufweist;
Rohrleitungsmittel, die eine erste den Einlaß der Pumpe in Flußverbindung mit der umgebenden Atmosphäre haltende Rohrleitung, eine zweite den Einlaß der Pumpe in Flußver­ bindung mit dem Einlaß des ersten Adsorptionsbereichs haltende Rohrleitung, eine dritte den Einlaß der Pumpe in Flußverbindung mit dem Einlaß des zweiten Adsorptionsbe­ reichs haltende Rohrleitung, eine vierte den Auslaß der Pumpe in Flußverbindung mit der umgebenden Atmosphäre haltende Rohrleitung, eine fünfte den Auslaß der Pumpe in Flußverbindung mit dem Einlaß des ersten Adsorptionsbe­ reichs haltende Rohrleitung und eine sechste den Auslaß der Pumpe in Flußverbindung mit dem Einlaß des zweiten Adsorptionsbereichs haltende Rohrleitung aufweisen;
erste Ventilmittel, die mit der ersten, zweiten und dritten Rohrleitung in Verbindung stehen, um dem Pumpen­ einlaß zu ermöglichen, wahlweise mit dem Einlaß des ersten Adsorptionsbereichs oder mit dem Einlaß des zweiten Adsorptionsbereichs und der Atmosphäre verbunden zu werden, wobei die ersten Ventilmittel ein in Reihe mit dem Pumpeneinlaß und der ersten Rohrleitung verbundenes Absperrventil umfassen, um den Luftstrom durch die erste Rohrleitung auf Bewegungen von der Atmosphäre zu dem Pumpeneinlaß zu begrenzen;
zweite Ventilmittel, die mit der vierten, fünften und sechsten Rohrleitung verbunden sind, um den Pumpenauslaß zu ermöglichen, wahlweise mit der Atmosphäre, mit dem Einlaß des ersten Adsorptionsbereichs oder den Einlaß des zweiten Adsorptionsbereichs in Verbindung zutreten;
Steuerungsmittel, die mit den ersten und zweiten Ventil­ mitteln derart verbunden sind, daß die Einrichtung, wenn die Pumpe betrieben wird, die aufeinanderfolgenden Stufen durchläuft:

• a) Leiten eines gasförmigen Versorgungsstroms, der zumindest teilweise von der Atmosphäre abgezogen wird und Sauerstoff, Stickstoff, Argon, Feuchtigkeit und ähnliche Verunreinigungen enthält, zu dem Einlaß des ersten Adsorptionsbereichs, derart, daß Sauerstoff hauptsächlich durch den ersten Adsorptionsbereich ebenso wie Feuchtigkeit und ähnliche Verunreini­ gungen, die in dem Versorgungsstrom enthalten sind, adsorbiert werden und daß ein Gasgemisch, das gegen­ über dem Versorgungsstrom reich an Stickstoff und Argon ist, den Auslaß des ersten Adsorptionsbereichs verläßt;
• b) Unterbrechen des Versorgungsstromflusses zu dem Einlaß des ersten Adsorptionsbereichs;
• c) Führen der gasförmigen Bestandteile von dem ersten Adsorptionsbereich durch dessen Einlaß für eine vorbestimmte Zeitperiode, derart, daß ein Reini­ gungsstrom, welcher gegenüber dem Versorgungsstrom reich an Sauerstoff und arm an Stickstoff und Argon ist, den Einlaß des ersten Adsorptionsbereichs verläßt und daß die Sauerstoffkonzentration des Reinigungsstroms gemeinhin während der vorbestimmten Periode zunimmt, wobei die vorbestimmte Zeitperiode eine Startzeitperiode, welche am Anfang der vorbe­ stimmten Zeitperiode beginnt, und eine verbleibende Zeitperiode umfaßt, welche an dem Ende dieser Start­ periode beginnt und mit dem Ende der vorbestimmten Periode endet;
  • 1. Entlüften des Reinigungsstroms, der von dem ersten Adsorptionsbereich zu der Atmosphäre während der Startzeitperiode geführt wird, um Feuchtigkeit und die ähnliche Verunreinigungen, die durch den ersten Adsorptionsbereich von diesem Prozeßzyklus adsorbiert wurden, zu entfernen;
  • 2. Leiten des von dem ersten Adsorptionsbereich in den Einlaß des zweiten Adsorptionsbereichs während der verbleibenden Zeitperiode geführten Reinigungsstroms, derart, daß während der verbleibenden Zeitperiode Stickstoff aus dem Reinigungsstrom durch den zweiten Adsorptions­ bereich adsorbiert wird und daß ein Gasstrom, welcher gegenüber dem Reinigungsstrom eine hohe Sauerstoff-Reinheit aufweist, den Auslaß des zweiten Adsorptionsbereichs verläßt;
• d) Unterbrechen des Reinigungsstromflusses zu dem Einlaß des zweiten Adsorptionsbereichs; und
• e) Führen der gasförmigen Bestandteile von dem zweiten Adsorptionsbereich durch dessen Einlaß, derart, daß ein Desorptionsstrom den Einlaß des zweiten Adsorp­ tionsbereichs verläßt, wobei Schritt (a) einen Schritt zum Liefern des Desorptionsstromes, welcher den Einlaß des zweiten Adsorptionsbereichs verläßt, durch die Pumpe zu dem Einlaß des ersten Adsorpti­ onsbereichs beinhaltet, derart, daß der Desorptionsstrom einen Teil des in den ersten Ad­ sorptionsbereichs geleiteten Versorgungsstrom bildet.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, wobei der erste Adsorp­ tionsbereich ein Bett umfaßt, welches eine verhältnismäßig große Menge an Kohlenstoffsiebmaterial und eine verhält­ nismäßig kleine Menge an Zeolithsiebmaterial aufweist, das zwischen dem Einlaß des ersten Adsorptionsbereichs und der Menge des Kohlenstoffsiebmaterials zur Adsorbierung von Feuchtigkeit und ähnlichen Verunreinigungen angeordnet ist, welche in dem Versorgungsstrom enthalten sind, der in den ersten Adsorptionsbereich eintritt.

9. Einrichtung nach Anspruch 7, wobei der erste Adsorp­ tionsbereich eine Menge an Kohlenstoffsiebmaterial umfaßt, der zweite Adsorptionsbereich eine Menge an Zeolithsieb­ material umfaßt und wobei die in dem zweiten Adsorptions­ bereich angeordnete Menge des Zeolithsiebmaterials verhältnismäßig klein gegenüber der Menge des in dem ersten Adsorbtionsbereich enthaltenden Kohlenstoffsiebma­ terials ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 7, weiterhin umfassend ein Absperrventil, welches mit dem Auslaß des ersten Adsorp­ tionsbereichs verbunden ist, um einen Rückfluß des Gases in den ersten Adsorptionsbereich durch dessen Auslaß zu verhindern.