DE1544152A1

DE1544152A1 - Verbessertes Adsorptionsverfahren fuer Gastrennungen

Info

Publication number: DE1544152A1
Application number: DE1966T0032605
Authority: DE
Inventors: Tamura Dr Takaaki
Original assignee: TAMURA DR TAKAAKI
Current assignee: TAMURA DR TAKAAKI
Priority date: 1965-11-30
Filing date: 1966-11-29
Publication date: 1970-06-04
Also published as: DE1544152C3; GB1163952A; US3473296A; DE1544152B2; FR1502458A

Description

DR. WALTER NIELSCH Patentanwalt

2 Hamburg 70 !

SdiloBstraBe 112 · Postfach 10914 Femruf: 652 97 07

Anmelder: Dr« Takaaki Tamura,

1-6-Ö14, Toyamacho, Shinjuku-ku, Tokio (Japan)

Verbessertes Adsorptionsverfahren für Gastrennungen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Adsorptionsverfahren zur Trennung von Gasen und besonders auf ein Verfahren, um jede Gaskomponente in einer besonders hohen Reinheit und mit hohem Nutzeffekt mittels eines Adsorbens zu trennen. Ganz besonders bezieht sich die Erfindung auf ein verbessertes Verfahren zur Trennung hochreinen Sauerstoffs und/oder Stickstoffs aus Luft mittels eines spezifischen,.natürlich vorkommenden, anorganischen Materials als Adsorbens·

Die Gasreinigung und -trennung durch Adsorption ist an sich bekannt (vergl· UlImnns Encyklopädie der technischen Chemie, 3· Auflage, 1. Band, Chemischer Apparatebau und Verfahrenstechnik 1951, Verlag Urban & Schwär ζenberg, München - Berlin, Seite 343 ff.) In der USA-Patentschrift 2 944 627 und in den japanischen Patentschriften 14529/60 und 25969/63 sind bereits Gestrennungsverfahren vorbeschrieben, bei denen ein Adsorptionskreiaprozeß benutzt wird, wobei das Adsorbens wiederholt mit einer oder mehreren Komponenten eines Gasgemisches beladen und desorbiert wird. Diese bekannten Verfahren besitzen den Vorzug, daß kein Erhitzen und Kühlen erforderlich ist und besonders im Falle der Sauerstoff- und/oder Stickstofftrennung aus der Luft, die bisher in erheblichem Umfange benötigte Arbeiteenergie, beispielsweise für eine Luftrerflüeeigungsanlage, dabei entfällt«

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Die bisher bekannten Verfahren bestehen hauptsächlich aus der Kombination einer Adsorptionsstufe und einer Desorptionsstufe« Der Wechsel der Gaskomponente in der abgegebenen Gasfraktion ist beim Betrieb nicht scharf; das Volumen der unreinen Gasfraktion, die während des Betriebes zur Desorptionsstufe mitgezogen wird, ist beträchtlich groß, so daß hierdurch die Reinheit der abgegebenen Gaskomponente herabgesetzt und hierdurch die Ausbeute oder Wirtschaftlichkeit verschlechtert wird.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung eines Adsorptionsverfahrens zum Abtrennen reiner Gaskomponenten mit guter Wirksamkeit aus einem Gasgemisch ,das die Gaskomponenten enthält.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein verbesserter Adsorptionsprozeß, wobei für das Trennungsverfahren ein spezifisches, natürlich vorkommendes anorganisches Material als Adsorbens für die Trennung von Luft in Sauerstoff und/oder Stickstoff eingesetzt wird und dabei die Gase in einer solchen Reinheit anfallen »daß diese als industriell brauchbarer Sauerstoff oder als Stickstoffquelle eingesetzt werden können, ohne daß diese einer weiteren Reinigungsbehandlung unterzogen werden müssen.

Es wurde nun gefunden, daß die vorstehend genannten Vorteile oder Ziele erreicht werden können durch das Einfügen zwischen einer Desorptionsstufe zum Entfernen oder Wiedergewinnen der an einem Adsorbens in einem Gefäß adsorbierten Gaskomponente und einer Beladungsstufe, bei der in das Adsorptionsgefäß eine Gasmischung eingeführt wird, die eine leicht adsorbierbare Gaskomponente und eine weniger leicht adsorbierbare Gaskomponente enthält, um die letztere von der ersteren zu trennen, einer neuen Stufe, um in das Adsorptionsgefäß, das das deaorbierte Adsorbens enthält, ein Gas einzuführen, welches aus der gleichen Gaskomponente wie die weniger leicht adsorbierte Gaskomponente besteht,

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bis der Innendruck des Adsorptionsgefäßes einen bestimmten Wert erreicht hat. Diese dritte Stufe wird im folgenden als "Rückführungsstufe¹¹ oder"Rückführungsverfahren¹* bezeichnet.

Weiterhin wurde gefunden, daß in dem Adsorptionsverfahren mit der Rückführungsstufe hochreiner Sauerstoff oder Stickstoff aus der Luft abgetrennt erhalten wird, indem man ein spezifisches, natürlich vorkommendes anorganisches oder ein spezielles Gesteinsmaterial einsetzt, welches später im einzelnen noch beschrieben wird.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die !Zeichnungen erläutert:

Abbildung 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Prinziparbeitsvorrichtung für die Durchführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.

Abbildung 2 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der zwei Adsorptionseinheiten benutzt werden.

Abbildung 3 verdeutlicht in einer schematischen Ansicht eine andere Ausführurigsform der für die Durchführung des Verfahrens brauchbaren Vorrichtung, die drei Adsorptionseinheiten enthält.

Abbildung 4 ist eine graphische Darstellung und zeigt den Gehalt der Gaskomponenten in der abgegebenen Gasfraktion während der Beladungs-Adsorptionsstufe bei der Abtrennung des Sauerstoffs aus Luft unter Benutzung der Einzeladsorptionsanlage gemäß der Abbildung 1 und einem Adsorbens·

Abbildung 5 zeigt die Gehalte der Gaskomponenten in der Gasfraktion, die am Ende der beladenen Adsorptionsstufe für die Trennung eines gasförmigen Gemisches aus Methan-Äthylen mit Silikagel als Adsorbens erhalten werden.

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Abbildung 6 zeigt die Gehalte der Gaskomponenten in der Gasfraktion, die während der Beladungs-Adsorptionsstufe bei der Trennung einer gasförmigen Mischung aus Stickstoff - Methan unter Benutzung von Aktivkohle als Adsorbens gefunden worden ist.

In der Abbildung 1 ist eine Adsorptionsvorrichtung zur Durchführung des Prinzipes dieser Erfindung dargestellt. Die Adsorptionsvorrichtung besteht aus einer Säule, die ein Adsorbens C enthält. Der Einlaß A ist für das Einführen der Gasmischung und ein Auslaß B zum Abziehen einer bestimmten Gaskomponente und der Einlaß und der Auslaß ist jeweils mit einer Absperrvorrichtung ausgerüstet. Das eingefüllte Adsorbens ist dem abzutrennenden Gas angepaßt.

In der ersten Desorptionsstufe ist der Hahn des Einlasses geschlossen und die Adsorptionssäule wird durch den Auslaß B mit Hilfe einer nicht eingezeichneten Vakuumpumpe oder dergleichen evakuiert, um gasförmige Komponenten, die am Adsorbens adsorbiert sind und in der Säule anwesend sind, soweit als möglich zu entfernen. In der Rückführungsstufe wird ein Gas, welches nur aus der gleichen Gaskomponente wie die weniger leicht adsorbierbare Gaskomponente besteht, in ein Gasgemisch eingeführt, wobei dies solange erfolgt, bis in der Adsorptionssäule ein be-stimmter Druck erreicht ist»

In der Adsorptions-Beladungsstufe wird eine Gasmischung, die die weniger leicht adsorbierbare Gaskomponente und eine leicht adsorbierbare Gaskomponente enthält, in die Adsorptionssäule durch den Einlaß A eingeführt, nachdem der Halm des Auslasses geöffnet ist, bis die leichter adsorbierbare Gaskomponente in dem Auslaß D der Adsorptionssäule erscheint. Während des Vorganges läßt man das Rückführungsgas und die weniger leicht adsorbierbare Gas- . komponente aus der Apparatur durch den Auslaß B sich entfernen.

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Wie vorstehend ausgeführt, wird eine Vakuumpumpe gewöhnlich für die Desorptionsstufe dieser Erfindung benutzt, aber wenn die Rückführungsstufe und die Adsorptions-Beladungsstufe bei einem hohen Druck durchgeführt werden, kann der Desorptionsvorgang ausgeführt werden, indem man das System in die Atmosphäre abläßt.

Weiter wird die Adsorptions-Beladungsdurchführung und die Rückführungsdurchführung vorzugsweise in der gleichen Säule durchgeführt, aber wenn es erforderlich ist, kann man sie auch in Mehrfach-Säulen ausführen.

Nachdem die leicht adsorbierbare Gaskomponente das Auslaßende D der Adsorptionssäule erreicht, wird die Einführung der Speisegasmischung abgebrochen und nach dem Schließen des Einlaßhahnes wird der Desorptionsvorgang wiederholt· Beim Desorptionsvorgang wird die leichter adsorbierbare Gaskomponente freigegeben. Der Nachweis der Tatsache, daß die leichter adsorbierte Gaskomponente das Auslaßende D der Säule erreicht hat, kann durch eine Gasanalyse, vorzugsweise durch eine Temperaturmessung durchgeführt werden. Dieses vorstehend genannte Phänomen erscheint, nachdem das Adsorbens der Säule substantiell mit der leichter adsorbierbaren Gaskomponente des Speisegasgemisches gesättigt ist. Hierdurch wird ein Temperaturwechsel durch den Wechsel der Adsorptionswärme in dem System verursacht und so kann durch das Messen des Temperaturwechsels des Adsorbens durch eine geeigne te Meßverrichtung der vorstehend genannte Effekt gemessen werden. Das Temperaturmessungssystem ist besonders für das automatische Arbeiten der Vorrichtungen gemäß den Abbildungen 2 und 3 zur Durchführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung geeignet.

Wenn eine einzelne Adsorptionasäule, wie in Abbildung 1 gezeigt, benutzt wird, kann der Zeitpunkt des Abbrechens des Einlasses der Speisegasmischung geeignet ausgewählt werden, Wenn ein

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hochreines Gasprodukt benötigt wird, wird die Gasfraktion vom Einlaß der Säule sofort in einem Gasometer für das hochreine Gas gelagert, bevor die leichter adsorbierbare Gaskomponente am Auslaßende der Säule erscheint. Danach wird die Gasfraktion, die vom Auslaß kommt, in einem Gasometer für wenig reines Gas gelagert bis die Dichte der weniger leicht adsorbierbaren Gaskomponente in der Gasfraktion vom Auslaß jene vom Speisegas beim Einlaß erreicht hat.

Die Geschwindigkeit des Speisegases während der Adsorptions-Beladungsstufe wird durch die Art des Speisegases, der Art des Adsorbens, der Arbeitstemperatur und der Korngröße des Adsorbens beeinflußt und wird vorzugsweise experimentell vorgewählt, um die mögliche Gasgeschwindigkeit zu erhalten, die die Bedingung einhält, die in der gezeigten Kurve die Beziehung zwischen der Dichte der weniger leicht adsorbierbaren Gaskomponente und der Menge des abgegebenen Gases scharf wechselt. (Hier und später wird eine solche Kurve "Dichtekurve" genannt).

Durch Anpassen der Rückführungsstufe gemäß der vorliegenden Erfindung in dem Adsorptionsverfahren wird die Dichtekurve sehr scharf, was ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung darstellt.

Der Rückführungsvorgang ist das wichtigste Merkmal dieser Erfindung« Bei der praktischen Ausführung des vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahrens wird für den ersten oder Initial-Rückführungsvorgang ein reines Rückführungsgas aus einer äußeren Gasquelle benutzt. Später, wenn das hochreine Gas in der Adsorptions-rBeladungsstufe des vorliegenden Verfahrens abgegeben wird, kann dieses in den späteren Rückführungsstufen Verwendung finden.

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Die Erfindung wurde bisher unter Benutzung einer einzigen Adsorptionsvorrichtung beschrieben, aber die Erfindung ist wirtschaftlicher ausführbar, wenn man zwei oder mehr Adsorptionseinheiten benutzt, wie dies die Abbildungen 2 und 3 verdeutlichen.

In der Figur 2 ist eine Ausbildung der Vorrichtung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt, bei dem zwei Adsorptionseinheiten, wie wiedergegeben, Verwendung finden. Die Gaseinlaßhähne Α.. und Ag sind verbunden mit den Gaseinlässen der Adsorptionssäulen C. und C„ und die Gasauslaßhähne B₁ und Bg und die Gasentladehähne D₁ und D₂ sind mit der Vakuumpumpe (nicht eingezeichnet) und mit den Gasauslässen der Säulen C- beziehungsweise C₂ verbunden. Der Einlaß der ersten Adsorptionssäule C₁ ist mit dem Auslaß der zweiten Adsorptionssäule C₂ mittels einer Verbindungsleitung über einen Hahn V₁ und der Auslaß der ersten Säule ist mit dem Einlaß der zweiten Säule mittels einer Verbindung durch den Hahn V₂ verbunden.

In der Praxis wird der Desorptionsvorgang in der Adsorptionssäule C₁ durch öffnen des Hahnes D₁ ausgeführt, während alle anderen Hähne mittels der Vakuumpumpe geschlossen bleiben und dann nach dem Verschließen des Hahnes D₁ und dem Öffnen des Hahnes B₁ wird ein Gas, das die gleiche Zusammensetzung wie die weniger leicht adsorbierbare Gaskomponente in einer zu behandelnden Gasmischung besitzt, durch den geöffneten Hahn in die erste Säule geleitet, bis der Druck in der Säule einen bestimmten Wert erreicht. Danach wird der Hahn Α.. geöffnet und ein Speisegasgemisch, welches die weniger leicht adsorbierbare Gaskomponente zusammen mit einer leicht adsorbierbaren Gaskomponente enthält, wird in die erste Säule durch den Hahn A₁ einge.- führt, wobei das Rückführungsgas und das weniger leicht adsorbierbare Gas in der Speisegasmischung durch die Speisegasraischung verdrängt wird und welches in einem geeigneten Gasbehälter gesammelt werden kann. Während des Adsorptionsbeladungs-

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Vorganges in der ersten Säule wird die zweite Adsorptionssäule C₂ dem Desorptionsvorgang unterworfen durch Evakuieren durch den Hahn D₂ und dann das Gas mit der weniger leicht adsorbierbaren Gaskomponente in die zweite Säule durch den Hahn B₂, wie bei der ersten Säule schon beschrieben, eingeleitet« Danach wer· den sofort, bevor die leichter adsorbierbare Gaskomponente in der Speisegasmischung durch den Hahn B- tritt (dies kann durch Messen des Temperaturwechsels in der Säule, wie schon früher beschrieben, festgestellt werden) die Hähne V₂ und B₂ geöffnet und der Hahn B- ist gleichzeitig geschlossen. Nachdem die Dichte der weniger leicht adsorbierbaren Gaskomponente in der Gasfraktion, die durch den Hahn B- strömt, die gleiche wie in der Speisegasmischung wird, ist der Hahn A₂ geöffnet und die Hähne V₂ und V- sind geschlossen» Durch diesen Vorgang hat die ganze Gasfraktion eine dazwischenliegende Dichte der weniger leicht adsorbierbaren Gaskomponente, gerade bevor sie durch den Hahn B-strömt bis zu dem Zeitpunkt, wenn es durch den Hahn tritt, ist es der Adsorptionsentwicklungsbehandlung in der zweiten Säule C₂ unterworfen und danach durch den Hahn B₂ ausgeladen. Demgemäß wird verständlich, daß das Gasprodukt mit einer großen Reinheit während des Arbeitsganges aufrecht erhalten werden , kann und ebenso kann der ^rennungs vor gang kontinuierlich mit einem hohen Wirkungsgrad ausgeführt werden·

Wenn die zweite Adsorptionssäule sich in der Adsorptionsbeladungsst ellung befindet ,wird die erste Säule C₁ dem Desorption»» Vorgang unterworfen und durch öffnen des Hahnes D- und dann nach Schließen des Hahnes D- und öffnen des Hahnes B* wird die erste Säule erneut dem Rückführungsvorgang untervrorfen. Danach, gerade bevor die Gasfraktion, die das leicht adsorbierbare Gas enthält, den Hahn B₂ erreicht, sind die Hähne V- und B₂ geöffnet und der Hahn B₂ ist gleichzeitig geschlossen und dann, wenn die Dichte der weniger leicht adsorbierbaren Gaskomponente in der Gasfraktion bei dem Hahn B₂, die die gleiche wie in der Gasmischung bei dem Hahn A₂ wird, wird der Hahn A- geöffnet und

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die Hähne V. und A₂ sind geschlossen, wobei der ganze Kreis des Adsorptionsverfahrens beendet ist, während kontinuierlich die Speisegasmischung getrennt wird und die Anlage in ihren Ausgangszustand zurückkehrt, Durch Wiederholen dieses Ablaufes kann die Trennung einer Gasmischung wirksam durchgeführt werden. Es ist ohne weiteres verständlich, daß das vorstehend genannte Verfahren automatisch durch Ausnutzen der Temperaturwechsel, die durch die Wechsel der Adsorptionswärmen in den Adsorptionsvorrichtungen in Jeder Stufe entstehen, auegestaltet werden kann.

Abbildung 3 verdeutlicht eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei drei Adsorptionseinheiten Verwendung finden. Die Hähne V,, Vr und V^ sowie V«, Vg und Vq sind mit den Gaseinlässen und Gasproduktauslässen der Adsorptionssäulen C- , C₂, CU beziehungsweise den Hähnen V-q, V-- und V-₂ und mit den Auslässen der Säulen verbunden, um die Desorptionsvorgänge zu bewirken» Die Säulen sind jede miteinander durch die Leitungen über die Hähne V-, V₂ und ν, verbunden· Es ist verständlich, daß ein Gasprodukt mit einer konstanten hohen Reinheit kontinuierlich getrennt werden kann, wenn man von einer Speisegasmischung ausgeht, wie es im Falle der Verwendung von zwei Adsorptionseinheiten schon beschrieben worden ist· Die einzelnen Arbeitsstufen für die in Abbildung 3 gezeigte Anlage und die dazugehörigen Hahnstellungen können wie folgt der Tabelle entnommen werden«

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Arbeits kreis pro ζ eß- stufe	Arbeitsstellung der drei Säulen in jeder Kreis stufe	Stellung jeden Hahnes	^V1 ^T2 ^V3	\ ^V5 ^V6	V₇ Vg V₉	^V10 W₁₂	+	+	+
No. 1	C. ad -> ibp. C₂ fb. Co de.	- - -	+ - -	■l· + -	-	+
No. 2	C₁ ibp -^ pf. Cg ad. Co de.	- + -	+ - -	- + -
Wo. 3	C. de. Cg ad. -4 ibp. C₃ fb.	- - -	«. + -	- + +
Po, 4	C₁ de. Cg ibp. -*· pf « Co ad.	- - +	- + -	- - +
Ho· 5	C₁ fb. Cg de, C^ ad, -^ ibp.		- - +	+ - +
ίο. 6	C₁ ad. Cg de. C₃ ibp. -^.pf#	+ mm —	- · +	+ - -

Hierbei zeigt + den Hahn, in seiner geöffneten Stellung an; - zeigt den Hahn in der geschlossenen Stellung an; ad. bedeutet, daß die Adsorptionssäule sich in der Adsorptions-Beladungsstufe befindet;

fb. zeigt an, daß die Säule sich im Rückführungszustand befindet; de, zeigt die Säule in der Desorptionsstellung; ibp· zeigt die Säule in dem Stadium beyor die unreine Gasfraktion durch den AuslaBhahn der Säule hindurchgeht; pf. zeigt die Säule in dem Zustand, bei dem die unreine Gasfraktion durch den Auslaßhahn den Austritt beendet hat.

Das vorstehend geschilderte Verfahren ist auf die Trennung verschiedener Gasmischungen anwendbar, garn besonders kann durch

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das erfindungsgemäße Verfahren hochreiner Sauerstoff mit über 99$ Reinheit von der Luft abgetrennt werden durch Benutzen eines Molekularsiebes oder Zeolithen als Adsorbens und der Sauerstoff kann mit höherer Reinheit durch Anwenden des spezifischen Adsorbens erhalten werden♦

Das Adsorbens, das am wirkungsvollsten bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden kann, um hochreinen Sauerstoff aus der Luft abzutrennen, ist das natürliche Mineral, welches hauptsächlich aus SiO₂, Al2°3 ^^{10 H}2° ^{bestent und} 1-1° Gewichts^ als Gesamtmenge aus K₂O, Na₂O und CaO enthält und das Röntgenstrahl enbeugungsbild besitzt, das in der Tabelle I oder II angegeben ist.

Tabelle I

	\	0,1	10 1/I₀	3,23	S	0,03	10 1/I₀
13,9	0,1	2	3,10	0,03	6
9,1	0,1	4	2,90	0,03	0-1
6,6	0,1	4	2,85	0,03	3
6,5	ο,ι	2	2,71	0,03	0-2
6,1	0,05	2	2,58	0,03	1
5,83	0/05	2	2,53	0,03	1
4,55	0,10	2	2,49	0,03	2
4,30	0,10	0-5	2,47	0,03	0-4
4,26	ο,ιο	0-2	2,45	0,03	0-3
4,08	0,10	0-4	2,04	0,03	0*2
4,05	0,05	0-6	1,96	o,o3	2
4,01	0,03	7	1,ββ	0,02	1
3,85	0,10	2	1,82	0,02	1
3,81	0,05	0-4	1,82	0,02	1
3,77	0,03	1	1,79	0,02	0-2
3,48	0,03	10	1\|53	0,02	1
3,40	0,10	5			1
3,35	0-8

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- 12 -Tabelle II

10 I/I

ο i

10 I/I

9,10	0,1	7	3,18	0,03	4
7,99	0,1	4	3,15	0,03	kr
6,82	0,1	2	2,99	0,03	0-1
5,85	ο,οβ	5	2,98	0,03	4
5,29	0,08	2	2,89	0,03	4
5,12	0,05	3	2,85	0,03	0-2
4,67	0,05	2	2,81	0,03	3
4,30	0,10	0-5	2,74	0,03	1
4,26	0,10	0-2	2,53	0,02	2
4,08	0,10	0-4	2,49	0,03	0-4
4,05	0,10	0-6	2,47	0,03	0-3
3,90	0,05	10	2,46	0,02	2
3,85	0,05	2	2,45	0,03	0-2
3,01	0,10	0-4	2,02	0,02	0,5
3,77	0,05	2	1,95	0,02	0,05
3,47	0,03	7	1,87	0,02	0,5
3,34	0,10	0-8	1,81	0,02	0*2
3,35	0,03	5	1,72	0,02	0,5
3,22	0,03

Die Werte der Stellung des Röntgenstrahlenbeugungsbildes und der spezifischen Intensität 10 I/I_ kann leicht in Abhängigkeit von der benutzten Apparatur und der hierfür benutzten Meßgeräte, der Feuchtigkeit und Temperatur bei der Messung und durch die Art und Weise der Anordnung der Kristalle abweichen· Aber solche Variationen sind nicht so wesentlich, um das natürliche dazugehörige anorganische Material definieren zu können·

•Das anorganische Material, wie es in der Tabelle I angegeben ist, kommt hauptsächlich im Tohoku- und Chugoku-Beeirk in Japan vor und das anorganische Material, wie in der Tabelle II

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beschrieben ist, kommt im Tohoku- und Kyushu-Bezirk in Japan vor. Das Gesteinsmaterial wird zu Teilchen von 10 bis 50 meshes zerkleinert und danach einer Dehydratisierungsbehandlung unterzogen, um durch Erhitzen das Kristallwasser zu entfernen. Die Dehydratisierung wird im allgemeinen durch Erhitzen auf 350 bis 700° C, vorzugsweise 400 bis 650⁰ C bewirkt.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert:

Beispiel I

Das Gesteinsmaterial mit der folgenden chemischen Formel gefunden SiO₂ Al₂Oo MgO Na₂O Fe₂O₃ CaO K₃O Glühverlust

Gew. f, 66,60 11,30 1,14 0,43 0,09 1 ,06 4,25 14,01

und dem Röntgenbeugungsbild gemäß Tabelle II wurde bis zu einer Korngröße von 20 bis 30 meshes gemahlen. 95,6 g des Mahlproduktes wurde in eine vertikal aufgestellte Röhre von 1,2 om Durchmesser und 112 cm Länge gefüllt. Spitze und Boden der Röhre besitzen Absperrhähne. Die Entwässerung des Gesteinsmaterials · wurde durch Erhitzen auf etwa 600° C bewirkt. Anschließend ließ man das eingefüllte Material in dem Rohr bei etwa 1 mm Quecksilberdruck auf Raumtemperatur erkalten.

Danach ließ man 99,9% reinen Sauerstoff in die Röhre einströmen bis der Innendruck don Atmosphärendruck erreichte. Das Volumen des benötigten Sauerstoffs betrug 352 ml. Dann wurde der obere Hahn geöffnet und leicht komprimierte Luft wurde nach Trocknen und nach Entfernen des CO₂ in das Rohr mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 200 ml/min, eingeführt. Gleichzeitig wurde der untere Hahn geöffnet, um das Füllgas abzuziehen· Durch diese Arbeitsweise wurden 4#0 ml reiner Sauerstoff mit einem Reinheitsgrad von 99,9$ erhalten, wobei in dieser Menge 352 ml Sauerstoff, der für die Rückführungestufe eingesetzt war, enthalten sind« Danach, während die nächsten 15 ml des abgeführten

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Gases ausströmten, wurde die Reinheit des Sauerstoffs plötzlich auf die der Luft abgesenkt»

Andererseits, wenn die gleiche Luft in die evakuierte Röhre mit der gleichen Füllung ohne Anwendung der Rückführungsraethode eingestellt wurde, war der Durchschnitts-Sauerstoffgehalt des so erhaltenen Gases des gleichen Volumens aus dem Auslaß der Röhre etwa 40$ und der Sauerstoffreinheitsgrad in der zuerst abgezogenen Gasfraktion war weniger als

Die gleiche Arbeitsweise wurde durch Benutzen eines Molekularsiebes 5 Ä mit einer Korngröße von 20 bis 30 meshes durchgeführt und bemerkenswert wirksame Ergebnisse wurden im Vergleich mit dem gleichen Vorgang ohne Anwendung des Rückführungsvorganges der Erfindung erhalten.

Die Dichtekurve dieses Beispieles ist in der Abbildung 4 wiedergegeben, in der das Verhältnis zwischen der Dichte des Sauerstoffs in Vol# am Auslaßende der Röhre und das Volumen in ml des abgegebenen Gases bestimmt ist. Die Kurve zeigt mit der gestrichelten Linie die Arbeitsweise ohne Rückführung und die ausgezogene Linie zeigt das Ergebnis für die Anwendung des Rückführungsvorganges.

Beispiel II

In die vertikale Röhre von 1,2 cm Durchmesser und 72 cm Länge wurden 64,Ö g Silikagel gefüllt und die Säule wurde bis zu einem Innendruck von 1 mm Quecksilbersäule evakuiert. Danach wurde bei 20° C ständiger Temperatur Methangas in die Röhre eingeführt bis der Innendruck den Atmosphärendruck erreicht hatte. Daa Volumen des benötigten Methangases betrug in dieser Stufe 2ÖÖ ml. Dann wurde eine leicht komprimierte Gasmischung aus Methan und Ä'than (12 Vol.# Methan) von der Spitze der Röhre aus in die Röhre eingefüllt mit einer Geschwindigkeit von ' 300 ml/min· Gleichseitig wurde der untere Hahn geöffnet, um das

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Füllgas abzuziehen» Die Dichtekurve der Gasfraktion am Auslaßende der Röhre ist in der Abbildung 5 durch die ausgezogene Linie wiedergegeben* Die gleiche Arbeitsweise wurde wiederholt} ohne den Rückführungsvorgang zu benutzen, und die Dichtekurve hierfür ist durch die gestrichelte Linie in der Abbildung 5 wiedergegeben. Von dieser Kurve kann abgelesen werden, daß dae abgegebene Methangas eine hohe Reinheit im Vergleich mit der Arbeitsweise ohne Rückführung besitzt»

Beispiel III

In die gleiche Röhre, wie im Beispiel II beschrieben, wurde 46jÖ g aktivierte Kokosnußkohle eingefüllt_t Nach Evakuieren der Röhre bis der Innenraum 1 mm Quecksilbersäule erreicht hatte, wurde Stickstoffgas in die Röhre eingefüllt bis der Innendruck in der Säule den Atmosphärendruck erreicht hatte» Bei diesem Vorgang wurden 402 ml Stickstoffgas benötigt» Danach wurde eine leicht komprimierte Gasmischung aus Stickstoff und Methan (302 Vol# Stickstoff) in die Röhre mit einer Geschwindigkeit von 250 ml/min, eingefüllt» Die Dichtekurve des am Auelaß entnommenen Gases ist in der Abb* 6 durch die ausgezogene Linie wiedergegeben. Das Ergebnis ohne Benutzen der RÜckführungsarbeitsweise ist in der,Abbildung 6 gestrichelt eingezeichnet» Aus diesen Ergebnissen ist zu entnehmen, daß hochreiner Stickstoff erhalten wurde im Vergleich ohne Anwendung der Rückführungsarbeitsweise,

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Claims

Patentansprüchet

1.) Verbessertes Adsorptionsverfahren zum Abtrennen mindestens einer Gaskomponente aus einem Gasgemisch durch Anwenden mindestens eines Kreisprozesses, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreisprozeß eine Desorptionsstufe zur Abgabe von an Adsorbentien in einem Adsorbergefäß adsorbierten Gasen und eine beladene Adsorptionsstufe, bei der das zu trennende Gasgemisch eingeführt wird, umfaßt, wobei die aus dem Gasgemisch abzutrennende Gaskoraponente durch Ausnutzen der Differenz im Adsorptionsvermögen des Adsorbens zu der im Gasgemisch enthaltenen Gaskomponenten getrennt wird, indem man hinter der Desorptionsstufe und vor der beladenen Adsorptionsstufe in das Gefäß ein Gas einführt, welches hauptsächlich eine Gaskomponente enthält, die vom Adsorbens weniger adsorbierbar ist«

2«) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als zu trennendes Gasgemisch Luft einführt und ein solches Adsorbens verwendet, damit Sauerstoff hierbei das weniger adsorbierbare Gas ist.

3.) Verfahren nach Anspruch' 2, dadurch gekennzeichnet| daß man als Adsorbens ein natürliches mineralisches Material, das aus SiO₂, Al₂O., und H₂O zusammengesetzt ist und etwa 1 bis 10 Gew.^ K₂O₁ Na₂O und CaO enthält und das RÖntgenstrahlungsbeugungsbild

gemäß Tabelle I
oder

. gemäß Tabelle II

besitzt, einsetzt«

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4.) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Adsorbens das anorganische Gesteinsmattrial in gemahlener und dehydratlsierter Form, welches durch ^mltsen auf 350 - 700° G₁ bevorzugt 400 ~ 650° C erhalte ^r den ist, einsetzt.

5.) Verfahren nach einem or!ar mehreren der * ^ , 'u , dadurch gekennzeichnet, daß das Trennung "v· t In ^i ^' tisch durch die Anwendung von mindestens /w ^; Lrcxrjr ζ s. .η durchgeführt wird und die automatische Steuerung durch Benutzen des Temperaturwechsels des Adsorbens, der durch den Wechsel der Adsorptionswärme verursacht wird, erfolgt,

6,) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus einem säulenförmigen Behälter mit der Adsorbensfüllung (C) besteht und das Oberteil des Behälters mit einem steuerbaren Einlaß (A.) zur Einführung der Gasmischung ausgerüstet ist und am Boden des Behälters ein Auslaß (B) zum Abziehen angeordnet ist und sich im Behälter zwischen der Adsorbensfüllung (C) und am Boden des Behälters eine Ausströmöffnung (D) befindet,

7.) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus zwei säulenförmigen Behältern mit den Adsorbensfüllungen (C. und C₂) besteht und das Oberteil der Behälter mit steuerbaren Einlassen (A₁ und A₀) ausgerüstet ist und am Boden der Behälter steuerbare Auslässe (B₁ und B₂) angeordnet sind und die in den Behältern zwischen den Adsorptionsfüllungen (C. beziehungsweise C₂) und dem je weiligen Beden des Behälters angeordneten Ausströmöffnungen (D) durch eine Leitung mit Absperrvorrichtungen (Dj und D₂) verbunden sind und eine weitere Verbindung mit itVi Absperrorgan (V₂) zwischen dem Boden des Behälters H Ir

BADORIGINAL _Üü9823/U46

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- id -

Füllung (C₁) und dem Oberteil des Behälters mit der Füllung (C₂) angeordnet ist.

S.) -Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung drei säulenförmige Adsorptionsbehälter mit der Adsorbensfüllung (C., C₂ und £,) enthält und das Oberteil der Behälter mit je einem steuerbaren Einlaß (V,, V_r) V^) und der Boden der Behälter mit je einem steuerbaren Einlaß (Vy, Vg, Vg) und den Adsorbenssäulenauslässen (V₁₀, V.-, V.p) ausgerüstet ist, wobei jede Adsorptionsbehälterauslaßseite durch Leitungen, die Absperrorgane (V₁ , V₂, V^) enthalten, mit den Adsorptionsbehältereinlaßseiten verbunden sind.

BAD ORIGINAL 0Q9823/U46

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