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DE69213513T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Gastrennung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Gastrennung

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DE69213513T2
DE69213513T2 DE69213513T DE69213513T DE69213513T2 DE 69213513 T2 DE69213513 T2 DE 69213513T2 DE 69213513 T DE69213513 T DE 69213513T DE 69213513 T DE69213513 T DE 69213513T DE 69213513 T2 DE69213513 T2 DE 69213513T2
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BOC Group Ltd
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Description

  • Diese Erfindung betrifft ein Gastrennungsverfahren und eine -vorrichtung. Insbesondere betrifft sie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen eines Gasgemischs durch Druckschwingungsadsorption (PSA).
  • Das PSA-Verfahren ist als adiabatisch beschrieben worden, d. h. als ein Prozeß, der ohne einen Verlust oder Gewinn an Wärme abläuft. Entsprechend ist in der Theorie vorgeschrieben, daß die Ende-Zu-Ende Temperatur jedes Adsorptionsmittelbettes, das verwendet wird, um das PSA-Verfahren auszuführen, gleichförmig ist. Jedes aktive Adsorptionsmittelteilchen absorbiert Wärme und steigt während der Adsorption in der Temperatur. Während der Desorption gibt das Teilchen Wärme ab und fällt damit in der Temperatur. Es ist daher zu erwarten, daß im stationären Zustand die Fluidmenge, die durch ein Teilchen adsorbiert wird, der desorbierten Menge gleicht, und damit die Wärmemenge, die während der Adsorption erzeugt wird, dem Wärmeverlust während der Desorption gleicht. Da jedes Teilchen als eine separate adiabatische Zone identifiziert werden kann, kann vorhergesagt werden, daß Temperaturunterschiede in einem PSA-Bett nicht auftreten sollten.
  • In der Praxis ist es jedoch gut bekannt, daß solche Temperaturunterschiede erzeugt werden, insbesondere wenn ein Bett aus einem Zeolit-Molekularsieb verwendet wird, um Luft zu trennen, wobei das Sieb Stickstoff im Vorzug zu Sauerstoff adsorbiert. Es ist herausgefunden worden, daß im stationären Zustand, der sich nach etwa 24 bis 36 Stunden kontinuierlichen Betriebs einstellt, ein Temperaturgradient vorhanden ist, wobei die Temperatur des Bettes entlang seiner Längsachse von dem Boden oder Zuführgasende des Bettes zu einem Minimum an einem Punkt relativ zu dem Ende fällt und dann wieder zu einem Maximum ansteigt, das an oder nahe dem oberen Ende des Bettes liegt. Eine Minimumtemperatur von weniger als minus 50 ºC und einer Maximaltemperatur von wenigstens 30 ºC (beispielsweise über Umgebungstemperatur) sind beobachtet worden. Der zu ziehende Schluß ist, daß in einem Bodenabschnitt des Betts ein Nettowärmeverlust in jedem Betriebszyklus auftritt, während in einem oberen Abschnitt eine Nettowärmeerzeugung stattfindet.
  • Die Erzeugung des Temperaturunterschieds innerhalb des Betts kann nachteiligerweise die Leistung des PSA-Verfahrens beeinflussen. Insbesondere in dem Beispiel der Trennung von Luft unter Verwendung eines Zeolitsiebs, treten nachteilige kinetische Effekte auf, die seine Gesamtleistung verringern, obwohl die Adsorptionskapazität des Siebs mit abnehmender Temperatur ansteigt. In der Tat arbeitet ein Sieb, das für die Raumtemperatur optimiert ist, bei niedrigeren Temperaturen nicht so gut.
  • Verschiedene Verfahren sind vorgeschlagen worden, um die Größe eines inneren Temperaturunterschieds, der mit einem PSA-Bett erzeugt wird, zu verringern. Zuerst ist vorgeschlagen worden, daß das zu trennende Gasgemisch durch externe Mittel erhitzt wird. Ein solches Verfahren ist in der GB-A-1 530 603 beschrieben. Außerdem oder alternativ ist in der GB-A-1 530 604 vorgeschlagen worden, Wärme an den Bereich niedriger Temperatur des Bettes sowohl vom oberen Ende als vom Boden des Bettes durch eine Metall-zum-Adsorptionsmittel-Wärmeleitung zu übertragen. Hierzu erstrecken sich Metallstangen vertikal nach oben durch das Bett von seinem Boden bis nahe zu seiner Oberseite. Die Stangen können beispielsweise aus Kupfer oder einem anderen wärmeleitenden Metall bestehen.
  • Die EP-A-0057781 offenbart ein Adsorptionsbett mit einem zylindrischen wärmeleitenden Element, das sich zwischen den heißen und kalten Bereichen des Bettes erstreckt. Das wärmeleitende Element umfaßt einen Rohrabschnitt, der sich außerhalb des Behälters erstreckt und der eine Flüssigkeit zur Zirkulation hierdurch unter dem Einfluß einer separaten Pumpe enthält. Im Betrieb wirkt die Flüssigkeit, um Wärme von dem warmen Bereich zu dem kalten Bereich zu übertragen, um hierdurch einen effizienteren Prozeß zu liefern.
  • Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die ein alternatives Mittel liefern, um einen solchen Temperaturunterschied zu verringern.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Trennung eines Gasgemischs durch Druckschwingungsadsorption vorgesehen, in dem das zu trennende Gasgemisch der Oberseite eines Betts aus Adsorptionsmittel zugeführt wird, das in der Lage ist, vorzugsweise oder schneller wenigstens eine Komponente des Gasgemischs zu adsorbieren, das Gasgemisch durch das Bett von seiner Oberseite zu seinem Boden strömt, wobei wenigstens eine Komponente des Gasgemischs vorzugsweise oder schneller adsorbiert wird, das Bett regeneriert wird, indem Gas bei verringertem Druck von dem Adsorptionsmittel desorbiert wird und bewirkt wird, daß solches desorbiertes Gas von dem Bett im Gegenstrom zu dem Strom des Zuführgases strömt, wobei bei einer wiederholten Durchführung von solchen Adsorptions- und Desorptionsschritten ein Temperaturunterschied zwischen einem Maximaltemperaturbereich an oder nahe dem Boden des Bettes und einer Minimaltemperatur nahe der Oberseite des Bettes erzeugt wird und Wärme durch Konvektion von dem Maximaltemperaturbereich zu dem Minimaltemperaturbereich durch ein Flüssigkeitsmedium, das in wenigstens einem verschlossenen länglichen Element in dem Bett gehalten wird, geleitet wird, wobei das wenigstens eine längliche Element ein geschlossenes unteres Ende, das an dem Boden des Bettes positioniert ist, und ein geschlossenes oberes Ende, das an der Oberseite des Bettes positioniert ist, hat.
  • Die Erfindung schafft auch eine Vorrichtung zur Trennung eines Gasgemischs mit wenigstens einem Behälter, der ein Bett aus Adsorptionsmittel enthält, das in der Lage ist, vorzugsweise oder schneller eine Komponente des zu trennenden Gasgemischs zu adsorbieren, wobei der Behälter einen Einlaß an seinem oberen Ende für das Zuführgasgemisch und einen Auslaß an seinem Boden für nicht adsorbiertes Gas hat, und wenigstens einem geschlossenen länglichen wärmeleitenden Element innerhalb des Bettes, wobei das wenigstens eine längliche Element ein Flüssigkeitsmedium enthält, das Element oder die Elemente geschlossene untere Enden, die an dem Boden des Bettes positioniert sind, und geschlossene obere Enden, die an der Oberseite des Bettes positioniert sind, haben, so daß im Betrieb Wärme durch Konvektion durch die Flüssigkeit von einem Maximaltemperaturbereich an oder nahe dem Boden zu einem Minimaltemperaturbereich nahe der Oberseite geleitet werden kann.
  • Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung sind insbesondere zur Trennung von Luft unter Verwendung eines Zeolitmolekularsiebs geeignet, das Stickstoff im Vorzug zu Sauerstoff adsorbiert. Sie können jedoch auch bei der Trennung von Luft unter Verwendung eines Kohlenstoffmolekularsiebs verwendet werden, das Sauerstoff schneller als Stickstoff adsorbiert.
  • Vorzugsweise sind zwei oder drei Adsorptionsmittelbetten vorgesehen, die jeweils geeignet sind, gemäß der vorliegenden Erfindung die selben Arbeitszyklen in unterschiedlicher Phase auszuführen. Wenn somit n Betten vorhanden sind, wobei n ein Integer ist, beträgt die Phasenbeziehung typischerweise 360/nº.
  • Das Flüssigkeitsmedium ist beispielsweise Wasser. Wenn es gewünscht ist, enthält das Wasser oder ein anderes Flüssigkeitsmedium eine Substanz, die darin aufgelöst ist, um seinen Gefrierpunkt zu verringern. Alternativ kann das Flüssigkeitsmedium eine organische Flüssigkeit sein, die einen Gefrierpunkt unterhalb von 0 ºC hat, beispielsweise ein Keton oder Alkohol. Vorzugsweise hat jedes wärmeleitende Element Rippen, um die Wärmeübertragung zwischen sich und dem Adsorptionsmittel zu verbessern. Jedes längliche Element ist vorzugsweise ein aufrechter Zylinder, der an seinen beiden Enden geschlossen ist.
  • Typischerweise sind zwischen 2 bis 20 längliche Elemente in dem oder jedem Bett, in Abhängigkeit von seinem Volumen, angeordnet.
  • Ein Adsorptionsmittelbett ist herkömmlicherweise mit seinem Einlaß für das Zuführgas an dem Boden und seinem Auslaß für nicht adsorbiertes Gas an dem oberen Ende angeordnet. In dieser Erfindung sind die Positionen des Zuführgaseinlasses und des Auslasses für das nicht adsorbierte Gas umgekehrt. Es ist dann möglich, das Prinzip des konvektiven Wärmeübergangs zwischen heißen und kalten Bereichen in dem Adsorptionsmittelbett zu verwenden, um die Größe des Temperaturunterschieds dazwischen zu verringern.
  • Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung werden nun anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • Figur 1 ein Flußdiagramm einer Vorrichtung zum Trennen von Luft durch Druckschwingungsadsorption ist und
  • Figur 2 eine schematische Zeichnung eines Adsorptionsbehälters zur Verwendung in der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung ist, wobei die Zeichnung die Verwendung von wärmeleitenden Elementen gemäß der Erfindung zeigt.
  • Figur 3 ist ein Schnitt durch die Linie III-III in Fig. 2.
  • Die in Fig. 1 der Zeichnungen dargestellte Vorrichtung wird verwendet, um ein PSA-Verfahren auszuführen, das acht aufeinanderfolgende Schritte, die nachfolgend als Schritte 1 bis 8 bezeichnet werden, umfaßt, um Luft zu trennen. Jede der drei Adsorptionssäulen oder -behälter A, B und C enthält ein Adsorptionsmittel, das in der Lage ist, wahlweise Stickstock im Vorzug zu Sauerstoff zu adsorbieren.
  • In Schritt 1 werden Ventile 1A und 2A geöffnet und Luft, die durch ein Gebläse 9 unter Druck gesetzt ist, wird in die erste Säule A von ihrem oberen oder Zuführende geführt. Während die Luft die Säule A hinunterströmt, wird sie progressiv reicher an Sauerstoff, was es möglich macht, ein Produktgas, das aus miat Sauerstoff angereicherter Luft besteht, von dem Boden der Säule A abgezogen werden kann. Das Produktgas strömt über eine Rohrleitung 12 und eine Drossel 14 in einen Behälter 11. Während dieses Schrittes wird der Adsorptionsdruck in der ersten Säule A über dem atmosphären Druck gehalten.
  • Auch werden in Schritt 1 Ventile 3B und 5B geöffnet, um mit Sauerstoff angereichertes Gas von dem Ausfluß- oder Pumpenende der dritten Säule C zu dem Boden- oder Ausflußende der zweiten Säule B zu führen. Das so eingeführte Sauerstoffgas wird durch eine Vakuumpumpe 10 ausgestoßen, nachdem es die Innenseite der zweiten Säule B im Gegenstrom zu der Richtung des Luftstromes durch diese gereinigt hat. Die dritte Säule C wird weiter auf normalen Druck gebracht, indem mit Sauerstoff angereichertes Gas aus ihr in die zweite Säule B eingeführt wird. Die Zufuhrmenge von mit Sauerstoff angereichertem Gas aus der dritten Säule C wird durch ein Strömungssteuerungsventil 6B gesteuert.
  • In Schritt 2 werden die Ventile 3B und 5B geschlossen und Ventile 4B und 3C werden geöffnet, so daß Produktgas aus dem Behälter 11 durch die Leitung 13 in das Ausflußende der zweiten Säule B, die gereinigt worden ist, eingeführt wird, um sie unter Druck zu setzen. In der Zwischenzeit erzeugt die erste Säule A kontinuierlich Produktgas von dem Boden oder Ausflußende von ihr wie in dem Schritt 1, während die dritte Säule C durch die Vakuumpumpe evakuiert wird. Wenn es gewünscht ist, braucht die Unterdrucksetzung der zweiten Säule B nicht durch die Zufuhr von dem Produktgas aus dem Behälter 11 bewirkt zu werden.
  • In Schritt 3 werden Ventile 2A und 4B geschlossen und Ventil 1B wird geöffnet, wodurch bewirkt wird, daß das Gas innerhalb der ersten Säule A zusammen mit der Zufuhrluft von dem oberen oder Zufuhrende der ersten Säule A zu dem oberen oder Zufuhrende der zweiten Säule B strömt, wodurch die Säule A im Gegenstrom auf normalen Druck gebracht wird. Während der gesamten Zeit oder einem Teil der Zeit können die Ventile 2A und 2B offen sein, um das mit Sauerstoff angereicherte Gas von dem Boden oder Ausflußende der Säule A zu dem Boden oder Ausflußende der Säule B zu führen. Schritt 3 erfordert typischerweise 1 bis 7 Sekunden. Wenn die Drucklosmachung nur bewirkt wird, indem Gas von dem oberen oder Zuführende der Säule A in das obere oder Zuführende der Säule B geführt wird, erfordert dies etwa 3 bis 5 Sekunden. Indem Gas von dem Boden oder Ausflußende der Säule A in den Boden oder das Ausflußende der Säule B gleichzeitig mit der "Zuführende-nach-Zuführende" Drucklosmachung eingeführt wird, kann die Dauer des Vorgangs auf 1 bis 2 Sekunden verringert werden.
  • In Schritt 4 ist das Ventil 1A geschlossen und das Ventil 5C geöffnet, wodurch bewirkt wird, daß mit Sauerstoff angereichertes Gas von dem Boden oder Ausflußende der Säule A zu dem Boden oder Ausflußende der Säule C strömt. Die Säule C wird im Gegenstrom unter Verwendung dieses Gases gereinigt, wobei das Gas aus dem System durch den Betrieb der Vakuumpumpe 10 entlüftet wird.
  • Auch in Schritt 4 wird die erste Säule A weiter drucklos gemacht, während das mit Sauerstoff angereicherte Gas in die dritte Säule C geführt wird. Während dieses Vorgangs wird die Zufuhrmenge des Reinigungsgases von der Säule A zu der Säule C durch ein Strömungssteuerungsventil 6C gesteuert. Obwohl der Reinigungsvorgang benötigt wird, um ein mit Sauerstoff angereichertes Produkt von gewählter hoher Sauerstoffkonzentration zu erhalten, ist die Zufuhrmenge des Reinigungsgases nicht kritisch. Die Zufuhrmenge von Reinigungsgas kann durch den Enddruck innerhalb der Säule, die drucklos gemacht wird, um das Reinigungsgas zu liefern, bestimmt werden.
  • In diesem Schritt 4 ist der verringerte Enddruck innerhalb der ersten Säule A normalerweise auf oder nahe den Atmosphärendruck festgelegt. Während dieses Schritts wird das Ventil 2B offen gehalten, so daß das Produktgas aus dem Ausfluß- oder Bodenende der zweiten Säule B strömt.
  • Schritt 5 hat zwei Schritte, die hierin Schritt 5-1 und Schritt 5-2 genannt sind. In Schritt 5-1 wird das Ventil 5C geschlossen und das Ventil 3A geöffnet und das Gas von dem Zuführende der Säule A durch den Betrieb der Vakuumpumpe 10 evakuiert, wodurch das Adsorptionsmittel regeneriert wird, indem der darin adsorbierte Stickstoff desorbiert wird. Die Vakuumpumpe erzeugt typischerweise einen Druck in dem Bereich von 3,33 x 10&sup4; bis 4,67 x 10&sup4; Pa (250 bis 350 Torr).
  • Während die Säule A in Schritt 5-1 regeneriert wird, wird sauerstoffreiches Produktgas von dem Behälter 11 zu dem Boden oder Ausflußende der Säule C geführt, in der der Reinigungsschritt schon beendet worden ist, indem das Ventil 3C geschlossen und das Ventil 4C geöffnet wird. Die Säule C wird so unter Druck gesetzt. Gleichzeitig fährt die Säule B weiter fort, um sauerstoffangereichertes Produktgas zu erzeugen, das aus dem Boden oder Ausflußende von ihr ausströmt. Ein Teil des Produktgases (O&sub2;), das der Säule B entnommen wird, kann in den Boden oder das Ausflußende der Säule C eingeführt werden.
  • In Schritt 5-2 werden die Ventile 2B und 4C geschlossen und wird das Ventil 1C geöffnet, um das Gas von dem Zuführende der Säule B in das Zuführende der Säule C zusammen mit der Zuführluft zu führen, wodurch die Säule B drucklos gemacht wird. Alternativ können, während dieser Vorgang ausgeführt werden, die Ventile 2B und 2C geöffnet werden, um mit Sauerstoff angereichertes Gas von dem Boden oder Ausflußende der Säule B in den Boden oder das Ausflußende der Säule C einzuführen. Die Säule A wird während dieses Zeitraums kontinuierlich evakuiert.
  • In Schritt 6 wird das Ventil 1B geschlossen und werden die Ventile 5A und 6A geöffnet, wodurch mit Sauerstoff angereichertes Gas in den Boden oder das Ausflußende der Säule A eingeführt wird, um die Säule A im Gegenstrom zu reinigen, wobei Gas von dem oberen Ende der Säule A durch die Betätigung der Vakuumpumpe 10 gezogen wird. Beide Ventile 1C und 2C bleiben während dieses Schritts offen, so daß Luft in das obere oder Zuführende strömt und Produktgas aus dem Ausflußende der Säule C ausströmt.
  • In Schritt 7 werden die Ventile 3A und 5A geschlossen und das Ventil 4A wird geöffnet, um das Produktgas aus dem Behälter 11 in den Boden oder das Ausflußende der zuvor gereinigten Säule A einzuführen, wodurch die Säule A mit Produktgas unter Druck gesetzt wird. Die Einführmenge des Produktgases wird durch das Strömungssteuerungsventil 7 gesteuert. Dieser Schritt macht es möglich, ein Produktgas von gleichmäßig niedriger Stickstoffkonzentration (beispielsweise etwa 1000 ppm) zu erhalten.
  • Der Enddruck innerhalb der Säule A ist in diesem Unterdrucksetzungsschritt vorzugsweise von etwa 3,33 x 10&sup4; bis 6.00 x 10&sup4; Pa (250 bis 450 Torr) höher als der entsprechende Enddruck in dem Reinigungsschritt 6. Gleichzeitig wird das Ventil 3B geöffnet, um die Säule B durch die Betätigung der Vakuumpumpe 10 zu evakuieren, während die Säule C kontinuierlich durch ihr oberes oder Zuführende einströmende Luft trennt, wobei Produktgas aus ihrem Ausfluß- oder Bodenende gezogen wird. Wenn die Durchbruchsfront der Stickstoffadsorption das Ausflußende der Säule C erreicht, ist der Adsorptionsschritt (Schritt 7) beendet. Als ein Ergebnis ist eine relativ große Menge an mit Sauerstoff angereichertem Gas, dessen Konzentration niedriger als die Sauerstoffkonzentration in dem Produktgas aber noch beträchtlich hoch ist, in dem gasförmigen Teil an dem Ausflußende der Säule C übrig.
  • In Schritt 8 werden die Ventile 2C und 4A geschlossen und wird das Ventil 1A geöffnet, um Gas von dem oberen Ende oder Zuführende der Säule C in das obere oder Zuführende der Säule A zu führen, und Zuführluft wird gleichzeitig in das obere Ende der Säule A geführt, wodurch die Säule A unter Druck gesetzt wird.
  • Der Gasstrom von dem Zuführende der Säule C zu dem Zuführende der Säule A läuft weiter, bis der Druck innerhalb der Säule C im wesentlichen gleich dem in der Säule A ist. Das Zuführen von Gas von dem oberen oder Zuführende der Säule C zu dem oberen oder Zuführende der Säule A macht es möglich, die Zuführmenge an Zuführluft zu verringern, wodurch die effektive Sauerstoffrückgewinnungsmenge erhöht wird. In diesem Schritt ist es nicht notwendig, die Geschwindigkeit der Drucklosmachung in der Säule C, die Zuführmenge der Zuführluft oder die Unterdrucksetzungsgeschwindigkeit in der Säule A zu steuern. Der Schritt 8 ist innerhalb einer kurzen Zeitdauer, beispielsweise von 1 bis 7 Sekunden, vorzugsweise von 3 bis 5 Sekunden, beendet.
  • Für die gesamte oder einen Teil der Dauer von Schritt 8 können die Ventile 2C und 2A geöffnet sein, um das mit Sauerstoff angereicherte Gas von dem Boden oder Ausflußende der Säule C in den Boden oder das Ausflußende der Säule A zu führen, wodurch die Säule A unter Druck gesetzt wird. Dies macht es möglich, die Dauer des Schrittes 8 auf etwa 1 bis 2 Sekunden zu verringern.
  • Während des Schritts 8 wird die Säule B kontinuierlich evakuiert.
  • Der Strom wird periodisch zwischen den Adsorptionssäulen A, B und C geschaltet, um die obigen Schritte auf einer Zyklusbasis zu wiederholen. Das Produktgas wird kontinuierlich während des Vorgangs dieses Prozesses durch das Ventil 8 aus dem Behälter 11 entnommen.
  • Jeder der Adsorptionsbehälter A, B und C ist allgemein so, wie in den Figuren 2 und 3 gezeigt ist. Der Behälter, der durch die Bezugsziffer 20 bezeichnet ist, ist allgemein zylindrisch in der Form aber hat tiefgezogene Enden 22 und 24. Eine Gasöffnung 26 ist in dem tiefgezogenen Ende 22 ausgebildet, und eine ähnliche Gasöffnung 28 in dem tiefgezogenen Ende 24. Die Gasöffnungen 26 und 28 sind zu der Längsachse des Behälters 20 koaxial. Ein Traggitter 30 ist an dem Boden des Behälters 20 plaziert. Ein ähnliches Haltegitter 32 ist an dem oberen Ende des Behälters 20 angeordnet. Beide Gitter 30 und 32 sind perforiert, um zu ermöglichen, daß Gas frei zwischen den Öffnungen 26 und 28 strömen kann. Das Gitter 30 trägt ein Bett 34 aus Adsorptionsmittelpartikeln. Das Bett 34 umfaßt eine untere Schicht 36 aus einem Adsorptionsmittel wie einem synthetischen Zeolit oder natürlichem Zeolit, das in der Lage ist, wahlweise Stickstoff oder Kohlendioxyd im Vorzug zu Sauerstoff zu adsorbieren. Auf der Schicht 36 liegt eine Schicht 38 aus Adsorptionsmittel oder Trockenmittelpartikeln, beispielsweise aus Aluminiumoxyd, die in der Lage sind, Wasser aus der eintretenden Luft zu adsorbieren. Die Tiefe der Schicht 36 beträgt wenigstens das Doppelte der Tiefe der Schicht 38.
  • In denjenigen Schritten des unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Prozesses, in denen Luft dem Behälter 20 zugeführt wird (durch die Öffnung 26) wird zuerst Wasserdampf aus der Luft in der Schicht 38 adsorbiert, und dann werden andere Bestandteile der Luft durch die Schicht 36 im Vorzug zu Sauerstoff adsorbiert, um zu ermöglichen, daß ein Produktgasstrom, der reich an Sauerstoff ist, durch die Öffnung 26 entzogen werden kann. Wie unter Bezugnahme auf die Fig. 1 beschrieben worden ist, wird eine Regenerierung bewirkt, indem das Bett 34 einem Druck ausgesetzt wird, der niedriger als der Adsorptionsdruck ist, und bewirkt wird, daß desorbiertes Gas aus dem Behälter 26 in einer Richtung, die im Gegenstrom zu dem Strom der eintretenden Luft ist, ausströmt. Eine wiederholte und kontinuierliche Durchführung des unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Betriebszyklus über eine verlängerte Zeitdauer, sagen wir 24 bis 36 Stunden, führt dazu, daß ein allgemein stabiler Zustand erreicht wird, wobei ein Temperaturgradient vorhanden ist, der sich zwischen einer minimalen axialen Temperatur (siehe Fig. 2), die nahe des oberen Endes des Schicht 36 auftritt (typischerweise von 33 bis 66 cm von seiner Grenzschicht zu der Schicht 38) und einer maximalen axialen Temperatur, die in einem ähnlichen Abstand von dem Boden der Schicht 36 auftritt. Gemäß der Erfindung erstrecken sich vertikal nach oben von der horizontalen Ebene, die einen solchen maximalen Temperaturpunkt aufweist, zu der horizontalen Ebene, die einen solchen minimalen Temperaturpunkt aufweist, eine Mehrzahl von vertikal angeordneten, zylindrischen, rohrförmigen, wärmeleitenden Elementen 42. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, können fünf solche Elemente verwendet werden. Typischerweise liegt der Abstand zwischen nebeneinanderliegenden Elementen in der Größenordnung von 0,3 bis 0,4 m. Jedes Element ist typischerweise aus Kupfer, Messing oder einem anderen wärmeleitenden Material gemacht. Jedes Element 42 ist sowohl an seinem unteren Ende 44 als auch an seinem oberen Ende 46 geschlossen und hat eine axiale, aufrechte zylindrische Ausnehmung 48, die eine Flüssigkeit wie Wasser enthält, wobei zwischen der Flüssigkeitsoberfläche und dem oberen Ende der Ausnehmung 48 ein kleiner Leerraum vorhanden ist. Wenn es gewünscht ist, kann das obere Ende 46 die Form einer entfernbaren Kappe annehmen, die mit dem Rest des Elements 42 eine verschraubte oder andere fluiddichte Verbindung hat. Außerdem ist jedes Element vorzugsweise mit axialen, wärmeleitenden Rippen (nicht gezeigt) versehen.
  • Im Gebrauch von Behältern 20 als die Säulen A, B und C in dem oben unter Bezugnahme auf die Fig. 1 beschriebenen Prozeß wirken die Elemente 4 jeweils, um den Temperaturunterschied zwischen ihren unteren Enden 44 und ihren oberen Enden 46 zu begrenzen. Wärme wird von dem umgebenden Adsorptionsmittel zu jedem unteren Ende 44 übertragen, während Wärme von jedem oberen Ende 46 zu dem umgebenden Adsorptionsmittel strömt. Dies macht es möglich, daß das Wasser am Boden von jeder Ausnehmung 48 eine höhere Temperatur als das Wasser an seinem oberen Ende hat. Entsprechend werden innerhalb des Wassers in den Ausnehmungen 48 Konventionsströme entstehen, was insbesondere den Wärmestrom von dem unteren Ende 44 zu dem oberen Ende 46 von jedem Element verbessert. Als ein Ergebnis wird die Größe des Temperaturunterschieds zwischen dem Adsorptionsmittel, das die Enden 44 umgibt und das die Enden 46 umgibt, in Grenzen, typischerweise auf weniger als 10 ºC gehalten.

Claims (10)

1. Ein Verfahren zur Trennung eines Gasgemischs durch Druckschwingungsadsorption, in dem das zu trennende Gasgemisch der Oberseite eines Betts (34) aus Adsorptionsmittel zugeführt wird, das in der Lage ist, vorzugsweise oder schneller wenigstens eine Komponente des Gasgemischs zu adsorbieren, das Gasgemisch durch das Bett (34) von seiner Oberseite zu seinem Boden strömt, wobei wenigstens eine Komponente des Gasgemischs vorzugsweise oder schneller adsorbiert wird, das Bett (34) regeneriert wird, indem Gas bei verringertem Druck von dem Adsorptionsmittel desorbiert wird und bewirkt wird, daß solches desorbiertes Gas von dem Bett (34) im Gegenstrom zu dem Strom des Zuführgases strömt, wobei bei einer wiederholten Durchführung von solchen Adsorptions- und Desorptionsschritten ein Temperaturunterschied zwischen einem Maximaltemperaturbereich an oder nahe dem Boden des Bettes (34) und einer Minimaltemperatur nahe der Oberseite des Bettes (34) erzeugt wird und Wärme durch Konvektion von dem Maximaltemperaturbereich zu dem Minimaltemperaturbereich durch ein Flüssigkeitsmedium, das in wenigstens einem verschlossenen länglichen Element (42) in dem Bett (34) gehalten wird, geleitet wird, wobei das wenigstens eine längliche Element (42) ein geschlossenes unteres Ende (42), das an dem Boden des Bettes (34) positioniert ist, und ein geschlossenes oberes Ende (46), das an der Oberseite des Bettes positioniert ist, hat.
2. Ein Verfahren wie in Anspruch 1 beansprucht, in dem das Flüssigkeitsmedium Wasser ist.
3. Ein Verfahren wie in Anspruch 2 beansprucht, bei dem im Wasser eine Substanz aufgelöst ist, um seinen Gefrier punkt zu verringern.
4. Ein Verfahren wie in Anspruch 1 beansprucht, in dem das Flüssigkeitsmedium eine organische Flüssigkeit ist, die einen Gefrierpunkt unterhalb von 0 ºC hat.
5. Ein Verfahren wie in irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, in dem das oder jedes längliche Element ein aufrechter Zylinder ist.
6. Vorrichtung zur Trennung eines Gasgemischs mit wenigstens einem Behälter (20), der ein Bett (34) aus Adsorptionsmittel enthält, das in der Lage ist, vorzugsweise oder schneller eine Komponente des zu trennenden Gasgemischs zu adsorbieren, wobei der Behälter (20) einen Einlaß (26) an seinem oberen Ende für das Zuführgasgemisch und einen Auslaß (28) an seinem Boden für nicht adsorbiertes Gas hat, und wenigstens einem geschlossenen länglichen wärmeleitenden Element (42) innerhalb des Bettes (34), wobei das wenigstens eine längliche Element (42) ein Flüssigkeitsmedium enthält, das Element oder die Elemente geschlossene untere Enden (44), die an dem Boden des Bettes (34) positioniert sind, und geschlossene obere Enden, die an der Oberseite des Bettes (34) positioniert sind, haben, so daß im Betrieb Wärme durch Konvektion durch die Flüssigkeit von einem Maximaltemperaturbereich an oder nahe dem Boden zu einem Minimaltemperaturbereich nahe der Oberseite geleitet werden kann.
7. Vorrichtung wie in Anspruch 6 beansprucht, in der das Flüssigkeitsmedium Wasser ist.
8. Vorrichtung wie in Anspruch 7 beansprucht, in der in dem Wasser eine Substanz aufgelöst ist, um seinen Gefrierpunkt zu verringern.
9. Vorrichtung wie in Anspruch 6 beansprucht, in der das Flüssigkeitsmedium eine organische Flüssigkeit ist, die einen Gefrierpunkt unterhalb von 0 ºC hat.
10. Vorrichtung wie in einem der Ansprüche 6 bis 9 beansprucht, in der das oder jedes längliche Element ein aufrechter Zylinder ist.
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