AT228765B - Verfahren zur Anreicherung des Sauerstoffs in der Luft - Google Patents

Verfahren zur Anreicherung des Sauerstoffs in der Luft

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AT228765B AT46062A AT46062A AT228765B AT 228765 B AT228765 B AT 228765B AT 46062 A AT46062 A AT 46062A AT 46062 A AT46062 A AT 46062A AT 228765 B AT228765 B AT 228765B
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Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Verfahren zur Anreicherung des Sauerstoffs in der Luft 
 EMI1.1 
 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 



  Es lässt sich auch kein Zusammenhang zwischen der auf die Gewichtseinheit oder 1 Mol bezogenen Adsorptionskapazität für z. B.   N2   und dem Grad der selektiven Bevorzugung von   N2   gegenüber der Adsorption von   O2   auffinden. Für eine Erklärung dieser Erscheinungen reichen Überlegungen, die gewisse Unterschiede in den Radien oder andern mechanischen und elektrischen Eigenschaften der   O2- oder N2-MolekeIn   berücksichtigen, allein nicht aus, da die von Substanz zu Substanz unterschiedlich gefundene Selektivität eine spezifische Mitwirkung des Adsorptionsmittels beweist. 



   Der oben erwähnte Na-Zeolith A mit der   Bezeichnung "Linde   4 A" ist ebenso wie verschiedene Ionenaustauschprodukte des Zeolith A, bei denen Natrium z. B. durch Kalium oder Magnesium ersetzt ist, für die Durchführung des   erfindungsgemässen   Verfahrens kaum geeignet, da mit diesen Molekularsieben nur unbedeutende Trenneffekte beobachtet werden. Dagegen erfüllen Molekularsiebe vom Typ A, bei denen mindestens ein Teil der Natrium-Ionen durch Calcium oder Strontium ersetzt ist, die für die Durchführung des Verfahrens erforderlichen Voraussetzungen. Ein solcher Zeolith ist z. B. der im Handel   als "Linde   5 A" bezeichnete Typ, bei welchem die negativ geladenen Gitterstellen des Alumosilikatgerüstes zu etwa 2/3 durch Ca- und zu 1/3 durch Na-Ionen abgesättigt sind. 



   Für die Durchführung des Verfahrens wendet man den Zeolith zweckmässig in granulierter Form an und füllt damit eine an den Enden mit Ein- und Auslassventil versehene, langgestreckte Adsorptionssäule. 



  Der Zeolith ist in der bei Molekularsieb-Zeolithen üblichen Weise durch Ausheizen von adsorbiertem Wasser zu befreien. Vor der ersten Beladung wird die Säule auf einem Druck von beispielsweise 100 Torr evakuiert. Dann lässt man durch das Einlassventil getrocknete Luft bis zum Druckausgleich eintreten und öffnet danach auch das Auslassventil, um getrocknete Luft von Atmosphärendruck durch die Säule strömen zu lassen. Der Zeolith sättigt sich dabei vorwiegend mit Stickstoff, so dass am Ende der Säule ein sauerstoffreiches Gas ausströmt. Sobald nun die Sauerstoff-Konzentration des austretenden Gases unter den gewünschten Betrag abgesunken ist, schliesst man das Auslassventil und aktiviert den Zeolith von neuem durch das Verbinden der Säule mit einer Vakuumpumpe und Abpumpen des stickstoffreichen Adsorbates.

   Die Einstellung der Adsorptions-Gleichgewichte erfolgt dabei so rasch, dass die Arbeitstakte des Überströmens und des Abpumpens in zügigem, nur Minuten oder Bruchteile von Minuten dauerndem Wechsel aufeinander folgen können. 



   In einer andern Ausführungsform des Verfahrens wird die Säule mit komprimierter Luft gefüllt und unter Aufrechterhaltung des höchstens einige Atmosphären betragenden Überdruckes von Luft durchströmt, wobei das austretende Gas wiederum einen höheren Sauerstoffgehalt aufweist als die eingepresste Druckluft von der Zusammensetzung der atmosphärischen Luft. Nach Erschöpfung der Wirksamkeit der Säule wird der Zeolith durch Entspannen des in der Säule eingeschlossenen Gases auf Normaldruck regeneriert, wobei ein stickstoffreiches Gasgemisch entweicht. Diese Ausführungsform wird besonders dann wirtschaftlich von Bedeutung sein, wenn das mit Sauerstoff angereicherte Gas ohnedies in komprimierter Form benötigt wird. 



   Es ist auch eine Kombination der beiden Arbeitsweisen möglich, indem das Überströmen der atmosphärischen Luft unter Gewinnung von sauerstoffreichem Gas bei Überdruck erfolgt, worauf man für die Regenerierung die Säule auf Normaldruck entspannt und durch weiteres Abpumpen unterhalb Atmosphärendruck eine noch höhere   Aufnahmekapazität   des Zeoliths für Stickstoff herstellt. 



   Die nachfolgenden Beispiele dienen dazu, das Prinzip des Verfahrens näher zu erläutern und zu zeigen, welche Sauerstoffkonzentrationen unter den verschiedenen Versuchsbedingungen erhalten werden können. 



  Obwohl bestimmte Zeolithe, z. B. ein Sr-Zeolith A noch bessere Trenneffekte geben, sind die Beispiele so gewählt, dass sie mit einem im Handel erhältlichen Zeolith, dem Ca-haltigen Zeolith A mit der Bezeichnung "Linde 5   A" ausgeführt   werden können. 



   Beispiel 1 : Ein an den Enden mit Hähnen versehenes Glasrohr von 700 mm Länge und 46 mm 
 EMI2.1 
 wurde die Säule in drei Versuchen (a), (b), (c) bis auf einen Druck von (a) 380, (b) 190 und (c) 95 Torr evakuiert. Dann wurde getrocknete Luft bis zum Druckausgleich eingelassen, und weiter Luft bei Normaldruck von etwa 760 Torr mit   einer-Strömungsgeschwindigkeit   von 600   l/h   durch die Säule geblasen. Von dem am Ende der Säule austretenden Gas wurde jeweils der erste, zweite und dritte Liter getrennt aufgefangen, und der Sauerstoffgehalt durch Analyse ermittelt.

   Dabei wurden in Abhängigkeit von dem eingestellten Vakuum folgende 02-Gehalte gefunden : 
 EMI2.2 
 
<tb> 
<tb> Eingestellter <SEP> Druck <SEP> Erster <SEP> Liter <SEP> zweiter <SEP> Liter <SEP> dritter <SEP> Liter
<tb> a) <SEP> 380 <SEP> Torr <SEP> 23, <SEP> 9 <SEP> 24, <SEP> 8 <SEP> 26, <SEP> 5 <SEP> Vol.-% <SEP> 0. <SEP> 
<tb> b) <SEP> 190 <SEP> Torr <SEP> 35, <SEP> 1 <SEP> 37, <SEP> 8 <SEP> 31, <SEP> 0 <SEP> Vol.-% <SEP> 02 <SEP> 
<tb> c) <SEP> 95 <SEP> Torr <SEP> 51, <SEP> 2 <SEP> 41, <SEP> 8 <SEP> 29, <SEP> 3 <SEP> Vol.-% <SEP> 02. <SEP> 
<tb> 
 



   Beispiel   2 : Dieselbe   Säule wie im Beispiel   l   wurde in einer mit Wasser und Eisstücken gefüllten Wanne   auf0  C   abgekühlt. Dann wurde wiederum wie im Beispiel   l   auf einen Druck von (a) 380, (b) 190,   (c)   95 Torr abgepumpt, die Säule mit Luft von Normaldruck gefüllt und weiter von 600   l   Luft je Stunde durchströmt. 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 Die Analyse des ersten, zweiten und dritten Liters zeigt folgende   02-Gehalte     an :

     
 EMI3.1 
 
<tb> 
<tb> Eingestellter <SEP> Druck <SEP> Erster <SEP> Liter <SEP> zweiter <SEP> Liter <SEP> dritter <SEP> Liter
<tb> a) <SEP> 380 <SEP> Torr <SEP> 31, <SEP> 6 <SEP> 26, <SEP> 8 <SEP> 26, <SEP> 3 <SEP> Vol.-% <SEP> 02 <SEP> 
<tb> b) <SEP> 190 <SEP> Torr <SEP> 39, <SEP> 0 <SEP> 36, <SEP> 7 <SEP> 34, <SEP> 5 <SEP> Vol.-% <SEP> 02 <SEP> 
<tb> c) <SEP> 95 <SEP> Torr <SEP> 49, <SEP> 0 <SEP> 47, <SEP> 2 <SEP> 40, <SEP> 1 <SEP> Vol. <SEP> -% <SEP> O2. <SEP> 
<tb> 
 
 EMI3.2 
 gefüllt.

   Bei Raumtemperatur (20-22 C) wurde in zwei Versuchen (a) und (b) Druckluft bis zu einem Überdruck von (a) 1, (b) 3 atü eingepresst, und die Säule bei konstant gehaltenem Druck von 120   l   je 
 EMI3.3 
 
 EMI3.4 
 
<tb> 
<tb> Eingestellter <SEP> Druck <SEP> erster <SEP> und <SEP> dritter <SEP> und <SEP> tüntter <SEP> und
<tb> zweiter <SEP> Liter <SEP> vierter <SEP> Liter <SEP> sechster <SEP> Liter
<tb> a) <SEP> 1 <SEP> atü <SEP> 23,42 <SEP> 23,4 <SEP> 23,6 <SEP> Vol.-% <SEP> O2
<tb> b) <SEP> 3 <SEP> atü <SEP> 30, <SEP> 0 <SEP> 31, <SEP> 6 <SEP> 29, <SEP> 1 <SEP> Vol. <SEP> -% <SEP> O2, <SEP> 
<tb> 
 
Beispiel 4 : Dieselbe Drucksäule wie in Beispiel 3 wurde in 6 Versuchen (a bis f) in gleicher Weise von Druckluft von Raumtemperatur (20-22 C) bei einem konstant gehaltenen Druck von (a, c, e) 1 und (b, d, f) 3 atü durchströmt.

   Für die Regenerierung wurde auf Normaldruck entspannt, und durch Abpumpen zusätzlicher Gasmengen bis zu einem Druck von (a, b) 380, (c, d) 190, (e, f) 95 Torr eine erhöhte Aufnahmekapazität für Stickstoff geschaffen. Von dem beim Überströmen gewonnenen Gas wurden die ersten sieben Liter analysiert.

   Die mit den verschiedenen Vakuum-Druck-Kombinationen erzielten   02-Gehalte   waren folgende : 
 EMI3.5 
 
<tb> 
<tb> angestellte <SEP> Drucke <SEP> erster <SEP> zweiter <SEP> dritter <SEP> vierter <SEP> una <SEP> secnsier <SEP> una
<tb> Liter <SEP> Liter <SEP> Liter <SEP> fünfter <SEP> Liter <SEP> siebenter <SEP> Liter
<tb> a) <SEP> 1 <SEP> atü/380 <SEP> Torr <SEP> 25,4 <SEP> 27,4 <SEP> 26,8 <SEP> 28,2 <SEP> 25,0 <SEP> Vol.-% <SEP> O2
<tb> b) <SEP> 3 <SEP> atü/380 <SEP> Torr <SEP> 27, <SEP> 2 <SEP> 33, <SEP> 0 <SEP> 34, <SEP> 0 <SEP> 33, <SEP> 9 <SEP> 29, <SEP> 7 <SEP> Vol.-% <SEP> 02 <SEP> 
<tb> c) <SEP> I <SEP> atüjl90 <SEP> Torr <SEP> 34, <SEP> 7 <SEP> 39, <SEP> 2 <SEP> 37, <SEP> 5 <SEP> 31, <SEP> 4 <SEP> 24, <SEP> 3 <SEP> Vol.-% <SEP> 02 <SEP> 
<tb> d) <SEP> 3 <SEP> atü/190 <SEP> Torr <SEP> 38, <SEP> 7 <SEP> 46, <SEP> 4 <SEP> 44, <SEP> 5 <SEP> 37,

   <SEP> 2 <SEP> 29, <SEP> 8 <SEP> Vol.-% <SEP> 02 <SEP> 
<tb> e) <SEP> 1 <SEP> atüj <SEP> 95 <SEP> Torr <SEP> 48,2 <SEP> 50,2 <SEP> 41,8 <SEP> 30,4 <SEP> 23,7 <SEP> Vol.-% <SEP> O2
<tb> f) <SEP> 3 <SEP> atü/95 <SEP> Torr <SEP> 51,9 <SEP> 54,0 <SEP> 48,8 <SEP> 37,6 <SEP> 29,1 <SEP> Vol.-% <SEP> O2.
<tb> 
 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Verfahren zur Anreicherung des Sauerstoffs in Luft durch eine periodisch wiederholbare, selektive Entfernung von Stickstoff aus atmosphärischer Luft durch ein Adsorptionsmittel und anschliessende Regenerierung des Adsorptionsmittels, dadurch gekennzeichnet, dass man als Adsorptionsmittel einen Molekularsieb-Zeolith verwendet und den Molekularsieb-Zeolith durch Druckerniedrigung regeneriert.

Claims (1)

  1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die selektive Entfernung des Stickstoffs aus der atmosphärischen Luft und die Regenerierung des Adsorptionsmittels bei Temperaturen zwischen-30 und +400 C durchführt.
    3. Verfahren nach Anspruch l oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die selektive Entfernung des Stickstoffs aus der atmosphärischen Luft bei Normaldruck und die Regenerierung des Adsorptionsmittels durch Abpumpen der adsorbierten Gase bewirkt.
    4. Verfahren nach Anspruch l oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die selektive Entfernung des Stickstoffs aus atmosphärischer Luft bei einem Überdruck zwischen l und 5 atü und die Regenerierung des Adsorptionsmittels durch Entspannen des Druckes auf Normaldruck bewirkt.
    5. Verfahren nach den Ansprüchen l bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die selektive Entfernung des Stickstoffs aus atmosphärischer Luft bei einem Überdruck zwischen l und 5 atü und die Regenerierung des Adsorptionsmittels durch Entspannen des Druckes auf Normaldruck und zusätzliches Abpumpen einer weiteren Menge der adsorbierten Gase bewirkt.
    6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man als Adsorptionsmittel einen Molekularsieb-Zeolith vom Typ A, bei dem wenigstens ein Teil der negativ geladenen Gitterstellen des Alumosilikatgerüstes durch zweiwertige Kationen aus der Gruppe von Calcium und Strontium besetzt sind, verwendet.
    7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man als Adsorptionsmittel einen Moleku- larsiebzeolith vom Typ A mit der Zusammensetzung 1, 0¯0,2 Na2O.Al2O3.1,85¯0,5 SiO2.O bis 6 Haro, bei dem 50 bis 80% der negativ geladenen Gitterstellen des Alumosilicatgerüstes durch Calciumionen besetzt sind, verwendet.
AT46062A 1961-02-01 1962-01-22 Verfahren zur Anreicherung des Sauerstoffs in der Luft AT228765B (de)

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