DE1519969A1 - Verfahren und Einrichtung zum Zerlegen von Gasgemischen - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zum Zerlegen von Gasgemischen

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Kane William Joseph
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BURNETT AND LEWIS Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2259/00Type of treatment
    • B01D2259/40Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/402Further details for adsorption processes and devices using two beds

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  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)

Description

  • Verfahren und Einrichtung zum Zerlegen von Gasgemischen.
  • Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Einrichtungen, die es ermöglichen, aus einem gasförmigen Gemisch einen Gas strom zu gewinnen, der mit einem gewünschten Bestandteil des Gasgemisches angereichert ist0 Ein Beispiel für die Anwendung der Erfindung besteht in der Rektifizierung atmosphärischer Luft zur Gewinnung eines sauerstoffreichen Gasgemisches.
  • Ein bekanntes Verfahren zum Braktionieren von Luft besteht darin, die Luft durch Abkühlung zu verfltissigen und dann die flüssige Luft zu destillieren. Bei diesem Verfahren wird die Abkühlung gewöhnlich durch eine adiabatische Expansion eines verdichteten Gasstroms des Prozesses mit Hilfe einer Expansionsturbine bzw. eines Motors bewirkt, so daß man ein kaltes Gas erhält, das dazu dient, die Luft nahezu bis zu ihrer Verfltissigungstemperatur abzukühlen, woraufhin eine Joule-Thomsonsche Expansion des kalten Gases bewirkt wird, um das Gas zu verflüssigen. Dieses bekannte Verfahren erfordert die Anwendung sehr niedriger Temperaturen und die Benutzung einer sehr gro#en Destillationskolonne.
  • Ein alternativ anwendbares Verfahren zum Praktionieren von Luft besteht darin, den in der Luft enthaltenen Stickstoff zu adsorbieren, wobei man Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft erhält; der Stickstoff wird dann durch Erhitzen desselben zur Desorption gebracht. Als geeignetes Adsorptionsmittel für Stickstoff kann man eines der molekularen Siebe verwenden, wie sie als Zeolite bekannt sind. Ein Zeolit mit einer Porengröße von 4 ß adsorbiert bevorzugt Sauerstoff, während ein Zeolit mit einer Porengröße von 5 ß bevorzugt Stickstoff adsosbiert.
  • Die Erfindung sieht nunmehr ein Verfahren vor, um aus einem Gasgemisch einen Gas strom zu gewinnen, der mit einem gewünschten Bestandteil des Gemisches angereichert ist, wobei gemäß der Erfindung die Fraktionierung durch eine selektive Adsorption bewirkt wird, die nur einen geringen Energieaufwand erfordert, Ferner sieht die Erfindung ein Farktioniervertahren der genannten Art vor, bei dem eine hochgradige Trennung der Bestandteile des Gemisches erreicht wird.
  • Weiterhin sieht die Erfindung eine Einrichtung zum Rektifizieren von Gasgemischen vor, die wenig Raum beansprucht und sich mit geringeren Kosten herstellen läßt als die bis jetzt bekannten Einrichtungen.
  • Genauer gesagt sieht die Erfindung ein Verfahren vor, um aus einem gasförmigen Gemisch einen Gas strom zu gewinnen, der mit einem gewünschten bestandteil des gemisches angereichert ist, wobei das erfindungagemäße Verfahren Maßnahmen umfaßt, um das gasförmige Gemisch abzukühlen, um aus dem abgekühlten gas, förmigen Gemisch bei einem anfänglichen Überdruck selektiv einen ersten Bestandteil des Gemisches zu adsorbieren, so daß lan einen Gasstrom mit einem hohen Gehalt an einem zweiten Be-Bestandteil sowie ein absorblertes Gas erhält, das nur eine kleine Menge des zweiten Beetandteils enthält, um ferner den Druck herabzusetzen, der auf das adsorbierte, an dem zweiten Be-Bestandteil krine Gas wirkt, damit eine Desorption erfolgt, um das desorbierte, den zweiten Bestandteil nur in geringer enge enthaltende Gas oder den an dem zweiten Bestandteil reichen Gasstrom oder beide Gase zur Expansion zu bringen, so daß das Gas während der Expansion abgekühlt wird, wobei das auf diese Weise abgekühlte Gas bei einem unter dem anfänglichen Druck liegenden Druck verwendet wird, um das zugeführte gasförmige Gemisch abzukühlen, und um schließlich das "arme" bzw. "magere" Gas oder das reiche'1 bzw. gehaltvolle Gas in Form eines mit dem gewtinschten Bestandteil angereicherten Gasstroms zu gewinnen.
  • Hierbei wird es bevorzugt, das gasförmige Gemisch, das unter einem anfänglichen Druck steht, abwechselnd einer ersten und einer zweiten Adsorptionszone zuzuführen und gleichzeitig das arme Gas aus der zweiten bzw. der ersten adsorptionsfähigen Zone zu desorbieren. In diesem Fall ist es möglich, das arme Gas durch einen Expansionsvorgang abzukühlen und es dann zu verwenden, um das neu zugeführte Gasgemisch durch einen indirekten Wärmeaustausch abzukühlen. Diese Arbeitsweise ist dann besonders vorteilhaft, wenn der gewünschte Bestandteil in dem reichen Gasstrom gewonnen wird, z. B. wenn Sauerstoff aus Luft gewonnen werden soll, denn in diesem Pall ist es mglioh, das adsorbierte arme Gas, d.h. den Stickstoff, als Abgas abzuführen.
  • Vorzugsweise wird das zugeführte Gasgemisch von leicht kondensierbaren Verunreinigungen durch eine Adsorption der Verunreinigungen befreit, bevor die Abkühlung mit Hilfe des sich entspannenden bzw. entspannten Gases bewirkt wird; bei diesen Verunreinigungen kann es sich z. B. um die in der Luft enthaltene Feuchtigkeit handeln. Dann kann'man den Adsorber dadurch von den Verunreinigungen befreien, daß man das arme Gas oder den reichen Gasstrom hindurchleitet, nachdem das betreffende Gas erwärmt worden ist.
  • Vorzugsweise wird das zu entspannendo Gas in der Weise entspannt, daß es äußere bzw. nutzbare Arbeit leistet. Das absorbierte Gas kann dadurch desorbiert werden, daß man es zuerst in die Atmosphäre' entweichen läßt, und zwar vorzugsweise nach einer Expansion, bei der die Entropie im wesentlichen unverändert bleibt, woraufhin das noch verbleigbende absorbierte Gas einem Unterdruck ausgesetzt wird. Wenn optimale Ergebnisse erzielt werden sollen, entspricht der anfängliche Druck mindesteins dem 50-fachen des erwähnten des erwähnten Unterdrucks.
  • Es hat eich als zweckmäßig erwiesen, mit einem Anfangsdruck von mindestens 5 ata und einem Unterdruck zu arbeiten, der unter 50 mm Quecksilbersäule liegt und insbesondere nach unter 25 mm Quecksilbersäule liegt.
  • Ferner sieht die Erfindung eine Einrichtung vor, die es ermöglicht, aus einem verdichteten Gasgemisch einen Gasstrom zu gewinnen, der mit einem gewUnschten Bestandteil des Gemisches angereichert ist; die erfindungsgemäße Einrichtung umfaßt einen Behälter, der während des betriebs ein Bett aus einem Material enthält, das einen ersten Bestandteil des Gemisches selektiv adsorbiert, ferner Einlaß- und Auslaßmittel, um das unter einem Überdruck stehende Gemisch dem Behälter zuzuführen, bzw. um einen absorbierten Teil des Gemisches aus dem Behälter abzuführen, einen Auslaß zum Abfllhren des nicht absorbierten Teils des Gemisches aus dem Behälter, erste Ventilmittel, die betätigt werden können, um die Zufuhr des gemisches zu dem Behälter zu unterbrechen und den absorbierten Teil des Gemisches aus dem Behälter unter einem geringeren Druck ab zuführen, weitere Ventilmittel, die geeignet sind, ein in der entgegengesetzten Richtung erfolgendes Strömen des nicht adsorbierten zeile des Gemisches über den Auslaß in den Behälter hinein zu verhindern, eine Expansionsvorrichtung, die an die Auslaßmittel für den adsorbierten Teil oder an den Auslaß £dr den nicht adsorbierten Teil oder an beide Auslässe angeschlossen ist, wobei die Expansionsvorrichtung geeignet ist, ein mit ihrer Hilfe entspanntes Gas abzukühlen, sowie einen Wärmeaustauscher, der so angeordnet ist, daß er von dem zugeführten Gasgemisch und dem von der Expansionsvorrichtung kommenden entspannten Gas durchströmt werden kann, wobei der Wärmeaustauscher daeu dient, Kälte aus dem entspannten Gas durch einen indirekten Wärmeaustausch auf das zugeführte Gemisch zu übertragen. Die Expansionsvorrichtung wird zweckmäßig als Expansionsturbine oder als mit hin- und hergehender Bewegung arbeitender Expansionsmotor ausgebildet; der Wärmeaustauscher kann als großflächiger Gegenstrom-Wärmeaustauscher oder als Regenerator oder sowohl als Wärmeaustauscher wie auch als Regenerator ausgebildet sein.
  • Vorzugsweise umfaßt die Einrichtung zwei solche Behälter, die parallel an eine Quelle fUr ein Gasgemisch angeschlossen sind, und vorzugsweise können die ersten Ventilmittel betätigt werden, um die Zufuhr des Gemisches zum einen oder anderen der Behälter zu unterbrechen und gleichzeitig die Zufuhr des Gemisches zu dem betreffenden anderen Behälter zu ermöglichen. Die Auslaßmittel oder Auslässe beider Behälter können an die gleiche Expansionsvorrichtung und den gleichen Wärmeaustauscher angeschlossen werden.
  • Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung kann jedem das selektiv wirkende Adsorptionsmittel enthaltenden Behälter ein weiterer Behälter zugeordnet sein, der ein Trocknungsmittel, z. B. ein Adsorptionsmittel enthält, und der so angeordnet ist, daß er von dem zugeführten Gasgemisch durchströmt wird, bevor das Gasgemisch in dem Wärmeaustauscher abgekühlt wird.
  • Wenn es sich bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei dem &U entspannenden Gas um das arme Gas handelt und dieses Gas so entspannt wird, daß es äußere Arbeit leistet, z. B. wenn Stickstoff aus Luft adsorbiert, dann desorbiert und schließlich mit Hilfe einer Turbine entspannt wird, ist es möglich, die Temperatur des aus der Expansionsvorrichtung austretenden abgekühlten Gases dadurch konstant zu halten, daß der Gasstrom zu der Expansionsvorrichtung im Verhältnis zum Druck des noch adsorbierten armen Gases geregelt wird. Zu diesem Zweck kann man eine Expansionsturbine mit mehreren Düsen benutzen, wobei man einen Ventilregler vorsieht, der auf die Drücke vor und hinter der Turbine anspricht und ein Schieberventil steuert, das seinerseits die Zahl der jeweils gleichzeitig geöffneten Düsen so bestimmt, daß das Verhältnis zwischen dem Druck vor der Turbine und dem Druck hinter der Turbine konstant gehalten wird.
  • Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer schematiaschen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
  • Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Gewinnen von mit Sauerstoff angereicherter Luft aus atmosphärischer Luft.
  • Gemäß der Zeichnung umfaßt die Einrichtung ein mit A bezeichnetes Reinigungsaggregat und ein mit B bezeichnetes Kühl-und Fraktionieraggregat. Das Kühler und Fraktionieraggregat B ist in ein wärmeisoliertes Gehäuse eingeschlossen, um das Eindringen von Wärme aus der Umgebung zu verzögern; da dieses Gehäuse von bekannter Konstruktion ist, ist es in der Zeichnung nicht dargestellt. Das Reinigungsaggregat A weist keine für die Erfindung wesentlichen Merkmale auf; es könnte durch eine auf bekannte Weise ausgebildete Einrichtung ersetzt werden, die es ermöglicht, die zu verarbeitende Luft von Kohlendioxyd und Wasserdampf zu befreien, denn diese Stoffe würden anderenfalls das Strömen der Gase durch das Aggregat B behindern.
  • Verdichtete Luft wird dem Aggregat A oder einer anderen Reinigungseinrichtung mit Hilfe eines Verdichters zugeführt, der mit einem Ölabscheider und einem Nachkühler ausgerüstet ist; diese an sich bekannte Anordnung ist in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellt.
  • Das Reinlgungsaggregat A umfaßt zwei zylindrische Behälter 1 und 2 taus lglußstahl ; Jeder dieser Behälter weist einen Einlaß 3 und einen Auslaß 4 auf und ist mit einem Bett 5 aus einem Adsorptionsmittel für Kohlendioxyd gefüllt; im vorliegenden Fall wird Zeolit mit einer Porengröße von 5 ß verwendet. Ferner umfaßt das Reinigungsaggregat ein Umschaltventil 7 mit vier Anschlüssen und zwei Durchgangswegen, und Jeder der Einlässe 3 ist durch eine Rohrleitung 3a bzw. 3b mit einer der Anschlußöffnungen des Ventils 7 verbunden. Eine dritte Anschlußöffnung des Ventils 7 ist mit einer Zuführungsleitung 6 für Druckluft verbunden, während die vierte Öffnung, die als EntlUftungsöffnung wirken kann, an ein noch zu beschreibendes Uberdruckventil angeschlossen ist. Das Ventil 7 kann so eingestellt werden, daß dann, wenn die Leitung 6 über einen Kanal des Ventils mit dem Einlaß 3 eines der Behälter 1 und 2 verbunden ist, der Einlaß 3 des betreffenden anderen Behälters über den zweiten Kanal des Ventils 7 an das Überdruckventil angeschlossen ist. Die Auslässe 4 der beiden Behälter sind durch Leitungen 8 mit einer Kühlleitung 9 verbunden, In jede der Leitungen 8 ist ein Rückschlagventil 8' eingeschaltet, so daß das Flud nur von dem Behälter 1 oder dem Behälter 2 aus über die zugehörige Leitung 8 zu der Kühlleitung 9, jedoch nicht in der entgegengesetzten Richtung strömen kann. Die Leitung 9 erstreckt sich nacheinander durch einen Vorkühler 10, einen Kühler 11 und einen Rekuperator 12 und ist an ihrem anderen Ende mit einer Anschlußöffnung eines zweiten Umschaltventils 13 mit vier Anschlußöffnungen und zwei Durchflußkanälen verbunden. Der Vorkühler 10 und der Kühler 11 sind als Wärmeaustauscher der Rippenrohrbauart mit indirektem gegenstrom ausgebildet, während es sich bei dem Rekuperator 12 um einen regenerativen Wärmeaustauscher in Form einer massiven Konstruktion aus Metall mit großem Wärmespeichervermögen handelt.
  • Die beiden anderen Anschlußöffnungen des Umschaltventils 13 sind mit den Einlässen 14 bzw. 15 von zwei Adsorberbehältern 16 und 17 verbunden, während die vierte Öffnung des Ventils 13 über eine Leitung 18 an den Einlaß einer Expansionsturbine 19 angeschlossen ist. Die beiden Adsorberbehälter 16 und 17 sind mit Zeolit Z mit einer Porengröße von 5 i gefüllt und mit Auslässen 20 und 21 versehen, an die sich Austrittsleitungen 22 und 23 anschließen, in die Rückschlagventile 22' bzw. 23 eingeschaltet sind, zwischen denen eine Abgabeleitung 24 angeschlossen ist. Die Abgabeleitung 24 erstreckt sich im Gegenstrom zu der Kühlleitung durch den Vorkühler 24 zu einer Verwendungsstelle oder einem Aufnahmebehälter oder dergleichen. Der Auslaß der Turbine 19 ist mit einer Leitung 25 verbunden, die sich nacheinander durch den Rekuperator 12 und den Kühler 11 erstreckt und hinter dem Kühler 11 an den Einlaß eines Verdichters 26 angeschlossen ist. Der Verdichter 26 ist mit der Turbine 19 gekuppelt, so daß er durch die Turbine angetrieben werden kann, Der Auslaß des Verdichters 26 ist durch eine mit einem Uberdruckventil 28 ausgerüstete Leitung mit einer Vakuumpumpe 27 verbunden. Die vierte Anschlußöffnung des Umschaltventils 7 ist ebenfalls mit dem Uberdruckventil 28 verbunden, und zwar über eine Rohrleitung 30, in die ein Absperrventil 30' eingeschaltet ist.
  • Die Leitung 6 ist mit der Leitung 30 durch eine Umgehungsleitung 31 verbunden, die durch ein Ausgleichsventil 32 geschlossen werden kann, und die Leitung 9 ist mit der Leitung 18 durch eine das Ventil 13 überbrückende Leitung 33 verbunden, die durch ein Ausgleichsventil 34 geschlossen werden kann.
  • Die beschriebene Einrichtung wird zyklisch betrieben, wobei eine Adsorption in den Behältern 1 und 16 mit einer Desorption in diesen Behältern abwechselt, und wobei eine Adsorption in den Behältern 2 und 17 durchgeführt wird, aus denen das Adsorbat desorbiert wird, während die Behälter 1 und 16 als Adsorptionsbehälter wirken. Die in die Zeichnung eingezeichneten Pfeile zeigen die Richtung des Gasstroms während einer Halbperiode des Arbeitszyklus an. Während einer ersten Halbperiode strömt Luft unter einem Druck von etwa 5,25 bis etwa 7 atü, z. B. mit einem Druck von etwa 6,3 atü, und mit der Umgebungstemperatur von z. B. 300 C von der Leitung 6 aus durch einen ersten Kanal des Ventils 7 zu dem Behälter 1, wo das Bett aus adsorbierendem Material die Luft von Kohlendioxyd und Feuchtigkeit im wesentlichen befreit. Die so gereinigte Luft strömt von dem Behälter 1 aus nacheinander durch den Vorkühler 10, den Kühler 11 und den Rekuperator 12, wobei sie auf etwa 860 C abgekühlt wird. Die abgekühlte Luft strömt über einen ersten Durchlaß des Ventils 13 zu dem Behälter 16, wo ein großer Teil des Stickstoffs adsorbiert wird. Ein angereicherter Gasstrom, der 90 oder mehr Sauerstoff enthält, entweicht aus dem Behälter 16 mit einer Temperatur von etwa -800 C über den Auslaß 20, um über die Leitung 24 zu dem Vorkühler 10 zu strömen, in dem dieser Gasstrom erwärmt wird, wobei der Vorkühler um etwa 200 C abgekühlt wird.
  • Während die Behälter 1 und 16 als Adsorptionsbehälter benutzt werden, werden die während der vorangehenden Halbperiode schon in den Behältern 2 und 17 adsorbierten wase wieder desorbier. Der aus dem Behälter 17 entweichende Stickstoff strömt über den Einlaß 15 und den zweiten Kanal des Ventils 13 zu der Turbine 19, wo der Stickstoff im wesentlichen auf den Druck der Atmosphäre entspannt und gleichzeitig auf 800 C bis 880 C abgekühlt wird. Dieser kalte Stickstoff durchströmt dann nacheinander den Rekuperator 12 und den Kühler 11, wobei der Stickstoff auf 0° C erwärmt wird, während er die zu dem Behälter 16 strömende vorgekühlte Luft weiter abkühlt. Der erwärmte Stickstoff wird in dem Verdichter 26 auf einen Druck verdichtet, der durch den Energiegewinn der Turbine 19 bestimmt wird. Während sich der Stickstoff unter einem Überdruck befindet, wird er schließlich über das Überdruckventil 28 zur Atmosphäre abgeführt, und nachdem der Druck des Stickstoffs auf den Atmosphärendruck abgesunken ist, schließt sich das Überdruckventil 28 und Stickstoff wird mit Hilfe einer Pumpe 27 abgepumpt, so daß das Absorptionsmittel in dem Behälter 17 weiter unter einem Teilvakuum desorbiert wird. Der Behälter 2 kann von der Leitung 25 aus mit als Reinigungsgas wirkendem Stickstoff desorbiert werden; alternativ ist es gemäß der Zeichnung möglich, den Behälter 2 zu desorbieren, indem man zuerst das Adsorbat ausströmen läßt und es dann über das Absperrventil 30 abpumpt.
  • Bei der oeschriebenen Einrichtung wird das sauerstoffreiche Erzeugnis, das sich im wesentlichen unter dem Anfangsdruck befindet, nicht entspannt, um Kälte zu erzeugen, da man ein unter Druck stehendes Erzeugnis betätigt, und die ftlhlbare Kälte te des Erzeugnisses wird nicht ausgenutzt, z.B. durch einen Wärmeaustausch mit zugeführter Luft, denn der hierbei erzielbare Gewinn rechtfertigt nicht die Verwendung der hierzu benötigten weiteren Hilfsmittel. Gegebehenfalls könnte man jedoch nach einem solchen Verfahren arbeiten. Der Stickstoff, der entspannt wird, um Kälte zu erzeugen, stellt Jedoch oin Abgas dar, und es bildet den Hauptteil der zugeführten verdichteten Luft.
  • Nach Ablauf einer Halbperiode, deren Dauer etwa 30 bis 100 sec beträgt, werden die Umschaltventile 7 und 13 durch eine automatische Ventilsteuereinrichtung betätigt, um die Strömungsrichtung umzukehren. Die über die Leitung 6 zugeführte liuft strömt Jetzt durch den Behälter 2, die Wärmeaustauscher 10 und 11 sowie den Rekuperator 12, um zu dem Behälter 17 zu gelangen, während der dem Behälter 16 entnommene Stickstoff mit Hilfe der Turbine 19 entspannt wird, um auf seinem Wege zum Auslaß den Wärmeaustauscher 11 abzukühlen0 Am Beginn Jeder Halbperiode ist es erforderlich, die Drücke in den beiden Hälften des Systems auszugleichen; zu diesem Zweck sind die Umgehungaleitungen 31 und 33 vorgesehen. Während der Adsorption und Desorption ist das Absperrventil 30t offen, während die Ausgleichsventile 32 und 34 geschlossen sind. Am Ende einer Halbperiode wird das Ventil 302 geschlossen, und die Ventile 32 und 34 werden kurzzeitig geöffnet; während die Behälter, in denen eine Adsorption stattfand, somit dem in der Leitung 6 herrschenden Anfangsdruck ausgesetzt bleiben, werden die als Desorptionsbehälter arbeitenden Behälter dem gleichen Anfangsdruck ausgesetzt Dieser Betriebsiustand wird etwa 5 bis 10 seo lang aufrechterhalten. Dann werden die Umechaltventile 7 und 15 betätigt, um die Strömungsrichtung umzukehren, und dann werden die Ausgleichsventile 32 und 34 sofort geschlossen, während das Ventil 30' geöffnet wird, um die vorher als ddaorptionabebälter betriebenen Behälter mit dem Auslaß zu verbinden. Daher kann das aus diesen Behältern entweichende verdichtete Gas durch die Turbine 19 strömen, um Kälte zu erzeugen, und gleichzeitig werden die Behälter einem geringeren Druck ausgesetzt, so daß eine Desorption bewirkt wird.
  • Während der Desorption geht der Druck des Stickstoffs in dem Behälter 16 bzw. dem Behälter 17 von dem Anfangswert von etwa 6,3 atü bis auf den Unterdruck zurück, der durch die Vakuumpumpe erzeugt wird. Damit dem Rekuperator 12 und dem Kühler 11 im wesentlichen eine konstante Kältemenge zugeführt wird, ist ein Schieberventil 85 vorgesehen, durch das die Zahl der Jeweils gleichzeitig geöffneten Düsen der Turbine 19 derart bestimmt wird, daß sich längs der Turbine ein konstantes Druckverhältnis einstellt, und daß daher in der Turbine ein konstanter Temperaturabfall bewirkt wird. Das Schieberventil 35 wird durch einen auf Vruckänderungen ansprechenden Regler 36 betätigt, auf den die in den Leitungen 18 und 25 herrschenden Drücke wirken.
  • Der Rekuperator besitzt eine ausreichende thermische Trägheit, um Unterschiede bezüglich des Stickstoffdurchsatzes auszugleichen.
  • Der Turboverdichter wird durch die Entspannungsturbine angetrieben, und da diese beiden Vorrichtungen den gleichen Gasstrom verarbeiten, ergibt sich eine ausgeglichene Belastung der Turbine, so daß die Turbine mit einer im wesentlichen konstanten Drehzahl arbeiten kann.
  • Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, mit Arbeitaperioden zwischen 30 sec und 2 min zu arbeiten, wenn Jeder Adsorptionsbehälter 16 und 17 etwa 36 kg eines molekularen Siebmaterials mit einer Porengröße von 5 ß enthält, und wenn die Luft in einer Menge von etwa 1,14 Normalkubikmeter/min (40 s.c.f.m.) zugeführt wird.

Claims (11)

  1. P A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Verfahren, um aus einem gasförmigen Gemisch einen Gasstrom zu gewinnen, der mit einem gewünschten Bestandteil des Gemisches angereichert iet, wobei zu diesem Zweck aus dem gaförmigen Gemisch, das sich anfänglich unter einem Überdruck befindet, ein erster Bestandteil selektiv adsorbiert wird, so daß man einen Gasstrom mit einem hohen Gehalt eines zweiten Bestandteils sowie ein adsorbiertes Gas mit einem geringen Gehalt des zweiten Bestandteils erhält, woraufhin das adsorbierte Gas mit dem geringen gehalt des zweiten Bestandteils desorbiert wird, und woraufhin das Gas mit dem geringen Gehalt oder das Gas mit dem hohen Gehalt in Form eines Gasstroms gewonnen wird, der mit dem gewünschten Bestandteil angereichert ist, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Gas mit dem geringen Gehalt des zweiten Bestandteils durch herabsetzen seines Drucks desorbiert wird, daß das Gas mit dem geringen Gehalt oder das Gas mit dem hohen gehalt oder Jedes dieser Gase auf bekannte Weise durch eine Expansionevorrichtung geleitet wird, um es abzukühlen, und daß das kalte Gas dazu verwendet wird, das kalte zugeführte gasförmige Gemisch abzukühlen, bevor es der Adsorption unterzogen wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das desorbierte Gas mit dem geringen Gehalt entspannt wird, um eine Kühlung zu bewirken, und daß der Gasstrom mit dem hohen Gehalt gewonnen wird, um den gewünschten Bestandteil zu erhalten.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß es sich bei dem gasförmigen Gemisch um Luft handelt, daß der erste adsorbierte Bestandteil Stickstoff ist, und daß der erwünschte zweite Bestandteil Sauerstoff ist0
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das adsorbierte Gas desorbiert wird, indem es zuerst zur Atmosphäre abgeftiht wird und daß dann das noch verbleibende adsorbierte Gas einem Unterdruck ausgesetzt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das zur Erzeugung von Kälte entspannte Gas in der Weise entspannt wird, daß es äußere Arbeit leistet, und daß dieses Gas nach dem Abkühlen des zugeführten gasförmigen Gemisches verdichtet und abgeführt wird, wobei die Verdichtungsenergie durch die bei der Entspannung geleistete Arbeit aufgebracht wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis , dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das gasförmige Gemisch abwechselnd einer ersten und dann einer zweiten Adsorptionszone zugeführt wird, während das adsorbierte Gas mit dem geringen Gehalt des zweiten Bestandteils gleichzeitig aus der zweiten und dann aus der ersten Adsorptionszone desorbiert wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das gasförmige Gemisch, das unter dem anfänglichen Druck steht, zwischen aufeinander folgenden Umsohaltvorgängen sowohl der ersten als auch der zweiten Adsorptionszone zueführt wird.
  8. 8. Einrichtung, um aus einem verdichteten gasförmigen Gemisch einen Gasstrom zu gewinnen, der mit einem gewünschten Bestandteil des Gemisches angereichert ist, g e k e n n z e i c h -n e t durch einen Behälter, der während des betriebs ein Bett aus einem Material enthält, durch das ein erster Bestandteil des Gemisches selektiv adosrbiert wird, Eilaß- und Auslaßmittel zum Zuführen des unter Druck stehenden Gemisches zu dem Behälter bzw. zum Abführen eines adsorbierten Teils des Gemisches aus dem Behälter, einen Auslaß zum Abführen des nicht adsorbierten Teils des Gemisches aus dem Behälter, erste Ventilmittel, die betätigt werden können, um die Zufuhr des Gemisches zu dem Behälter zu unterbrechen und zu ermöglichen, daß der adsorbierte Teil des Gemisches aus dem Behälter unter einem niedrigeren Druck abgeführt wird, ferner durch Ventilmittel, die geeignet sind, das Zurückströmen des nicht adsorbierten Teils des Gemisches über den Auslaß zu dem Behälter zu verhindern, eine Expansionsvorrichtung, z.B, eine Expansionsturbine (19) bekannter Art, die an die Auslaßmittel für den adsorbierten Teil oder an die Auslaßmittel für den nicht adsorbierten Teil oder an beide Auslaßmittel angeschlossen ist, wobei die Expansionsvorrichtung geeignet ist, ein mit ihrer Hilfe zu entspannendes Gas abzukühlen, sowie einen Wärmeaustauscher, der so angeordnet ist, daß er auf bekannte Weise von dem zugeführten gasförmigen Gemisch und dem von der Expansionsvorrichtung abgegebenen entspannten Gas durchströmt werden und Kälte von dem entspannten Gas durch einen indirekten Wärmeaustausch auf das zugeführte Gemisch übertragen kann.
  9. 9. Einrichtung nach Anspruch 8, g e k e n n z e i s -n e t durch zwei Behälter (1, 2), die während des Betriebs ein Adsorptionsmittel enthalten und parallel an eine Quelle (6) für ein gasförmiges Gemisch angeschlossen sind, wobei die ersten Ventilmittel (7) betätigt werden können, um die Zufuhr des Gemisches jeweils zu einem der Behälter zu unterbrechen und das Gemisch dem betreffenden anderen Behälter zuzuführen.
  10. 10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Auslaß Jedes der erwähnten Behälter mit einem Rückschlagventil (8') ausgerüstet ist, wobei diese Ventile als zusätzliche Ventilmittel wirken, und daß die Leitungen, welche mit der Austrittsseite der Rückschlagventile verbunden sind, in einer gemeinsamen Abgabeleitung (9) münden0
  11. 11. Einrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Expansionsvorrichtung (19) mit einem Verdichter (26) gekuppelt ist, so daß der Verdichter durch die Expansionsvorrichtung angetrieben werden kann, und daß eine Leitung vorgesehen ist, die sich durch den Wärmeaustauscher erstreckt und den Auslaß der Expansionsvorrichtung mit dem Einlaß des Verdichters verbindet,
DE19661519969 1965-12-17 1966-12-16 Verfahren und Einrichtung zum Zerlegen von Gasgemischen Pending DE1519969A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2493724A1 (fr) * 1980-11-07 1982-05-14 Lohmann Gmbh & Co Kg Procede et installation pour la recuperation de solvants

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