DE19538997A1

DE19538997A1 - Process for the production of nitrogen

Info

Publication number: DE19538997A1
Application number: DE1995138997
Authority: DE
Inventors: Andrew Gilbert Chalmers; Gary George Hosmer
Original assignee: Domnick Hunter Ltd
Current assignee: Domnick Hunter Ltd
Priority date: 1994-10-22
Filing date: 1995-10-19
Publication date: 1996-04-25
Also published as: GB9421308D0; JPH08231209A; GB2294211A; GB9520834D0

Abstract

A cyclic process for obtaining nitrogen rich product gas from a feed gas containing oxygen and nitrogen, utilising similar first and second vessels connected in parallel between a feed gas supply line and a product gas delivery line and each containing carbon molecular sieve capable of separating nitrogen and oxygen molecules, in which, during a first phase of each cycle: (a) feed gas is supplied at a controlled rate and pressure to the first vessel and product gas is delivered from the first vessel to the delivery line, (b) a portion of the product gas is passed as purge gas at reduced pressure to the second vessel, (c) the second vessel is vented to exhaust during a first period of the first phase and the exhaust is closed during a second period of the first phase; and during a second phase of each cycle (d) feed gas is supplied at a controlled rate and pressure to the second vessel and product gas is delivered from the second vessel to the delivery line, (e) a portion of the product gas is passed as purge gas at reduced pressure to the first vessel, (f) the first vessel is vented to exhaust during a first period of the second phase and the exhaust is closed during a second period of the second phase; and during the whole of the cycle, the only connection made between the vessels is that for the purge gas. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewinnung von Stickstoff.The invention relates to a method for obtaining Nitrogen.

In GB-B 2 152 834 wird ein Verfahren zur Gewinnung eines an Stick stoffreichen Produktgases beschrieben, bei dem ein Sauerstoff und Stickstoff enthaltendes Beschickungsgas in ein Adsorberbehälter eingespeist wird, der ein Kohlenstoff-Molekularsieb (Carbon Molecular Sieve = CMS) für die Auftrennung von Stickstoffmolekülen und Sauerstoffmolekülen enthält. Der Behälter wird zuerst mit dem Beschickungsgas auf Druck gebracht, wobei das infolge der Ein wirkung des Molekularsiebs an Stickstoff reiche Produktgas über ein Rückströmventil in einen Sammelbehälter für Stickstoff gelei tet wird. Dieser Kreislauf wird wiederholt, so daß das Produktgas dem jeweiligen Bedarf entsprechend aus dem Sammelbehälter entnom men werden kann.GB-B 2 152 834 describes a method for obtaining a stick described product gas rich in substance, in which an oxygen and Feed gas containing nitrogen into an adsorber tank a carbon molecular sieve (carbon Molecular Sieve = CMS) for the separation of nitrogen molecules and contains oxygen molecules. The container is first with the Feed gas brought to pressure, which is due to the on Effect of the molecular sieve on nitrogen-rich product gas a backflow valve in a nitrogen container is tested. This cycle is repeated so that the product gas according to the respective need from the collection container men can be.

Zwecks Bildung eines im wesentlichen kontinuierlichen Stroms an Produktgas können zwei Behälter in paralleler Anordnung zwischen der Beschickungsgasquelle und dem Sammelbehälter miteinander verbunden sein, wobei der jeweils in Betrieb befindliche Behälter mit der Quelle für das Beschickungsgas verbunden ist und unter Druck steht, während der jeweils andere Behälter abgeschaltet ist und belüftet wird. Die Funktionen der beiden Behälter werden hierauf durch Steuerung mittels geeigneter Ventile umgekehrt. Ein Verfahren mit einer parallelen Anordnung von Behältern kann auf zwei grundlegenden Wegen betrieben werden, nämlich in Form eines sogenannten ausgleichenden (egalisierenden) Systems oder als ein nicht ausgleichendes (nicht egalisierendes) System. Bei einem ausgleichenden System wird die Beaufschlagung des ersten und in Betrieb befindlichen Behälters mit Druck beendet, während der zweite Behälter entlüftet wird, worauf das Entlüftungsventil des zweiten Behälters geschlossen wird und beide Behälter direkt derart miteinander in Verbindung gebracht werden, daß sich der Druck zwischen den beiden Behältern rasch ausgleicht. Nach dieser Stufe wird das Produktgas gewöhnlich vom Sammelbehälter wieder in einen oder beide Adsorptionsbehälter eingeleitet. Der zweite Behälter wird dann in Betrieb genommen und mittels der Be schickungsgasquelle auf Druck gebracht, während der erste Behälter entlüftet wird. Bei einem nicht ausgleichenden System werden die Behälter alternierend auf Druck gebracht und belüftet, ohne daß es dabei irgendeine direkte Verbindung zwischen den beiden Behältern gibt.To form a substantially continuous stream Product gas can be placed in parallel between two tanks the feed gas source and the collection container with each other be connected, the container currently in operation is connected to the source of the feed gas and under There is pressure while the other container is switched off and is ventilated. The functions of the two containers are then reversed by control using suitable valves. On Method with a parallel arrangement of containers can be based on two basic ways are operated, namely in the form of one so-called balancing (leveling) system or as a non-compensating (not leveling) system. At a balancing system is the application of the first and in Operation of the container stopped with pressure during the second container is vented, whereupon the vent valve of the second container is closed and both containers directly be brought together in such a way that the Pressure quickly equalizes between the two tanks. After this Stage, the product gas is usually returned to from the collection container initiated one or both adsorption containers. The second The container is then put into operation and by means of the loading charge gas source pressurized while the first container is vented. In the case of a non-compensating system, the Container alternately pressurized and ventilated without it some direct connection between the two containers gives.

Ein ausgleichendes System kann bekanntlich günstiger betrieben werden als ein nicht ausgleichendes System, doch ist ersteres bekanntlich auch komplexer als letzteres und weist zudem andere Nachteile auf. So führt beispielsweise der rasche Gasstrom in den jeweils außer Betrieb befindlichen Behälter zu einer Beanspruchung des darin befindlichen Molekularsiebs, so daß dieses beschädigt werden kann. Hiergegen lassen sich zwar geeignete Schutzmaßnahmen ergreifen, was allerdings kompliziert und mit zusätzlichen Kosten verbunden ist. Bei einem ausgleichendem System ist somit eine größere Anzahl an Ventilen und eine kompliziertere Steuerung erforderlich.As is well known, a balancing system can be operated more cheaply are considered a non-balancing system, but the former is as is well known, it is also more complex than the latter and also has others Disadvantages. For example, the rapid gas flow leads to the each container out of service for a stress of the molecular sieve inside, so that it is damaged can be. Suitable protective measures can be taken against this take what is complicated and with additional costs connected is. In the case of a balancing system, there is therefore one larger number of valves and more complicated controls required.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Wirksamkeit eines nicht ausgleichenden Systems zur Gewinnung von Stickstoff zu verbessern.The invention is therefore based on the object of effectiveness of a non-compensating system for the production of nitrogen improve.

Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch ein Kreislaufsystem zur Gewinnung eines an Stickstoff reichen Produktgases aus einem Sauerstoff und Stickstoff enthaltenden Beschickungsgas unter Verwendung von jeweils ähnlichen ersten und zweiten Behältern, die parallel zwischen einer Beschickungsleitung für das Beschickungs gas und einer Produktleitung für das Produktgas angeordnet sind und die jeweils ein Kohlenstoff-Molekularsieb enthalten, durch welches sich Stickstoffmoleküle und Sauerstoffmoleküle voneinander trennen lassen,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß
während einer ersten Phase eines jeden KreislaufsThis is achieved according to the invention by a circulation system for obtaining a nitrogen-rich product gas from a feed gas containing oxygen and nitrogen using similar first and second containers, which are arranged in parallel between a feed line for the feed gas and a product line for the product gas and the each contain a carbon molecular sieve through which nitrogen and oxygen molecules can be separated,
which is characterized in that
during a first phase of each cycle

(a) Feed gas under a controlled rate and under controlled pressure through the feed line tion into the first container and product gas over the product gas line is derived from the first container becomes,
(b) a portion of the product gas from the first container as Purge gas under reduced pressure via a purge line in the second container is introduced,
(c) the second container during a first period of first phase is vented through a vent outlet and the vent outlet then during a second period of first phase is closed,

und
während einer zweiten Phase eines jeden Kreislaufsand
during a second phase of each cycle

(d) Feed gas under a controlled rate and under controlled pressure through the feed line device introduced into a second container and product gas derived from the second container via the product line becomes,
(e) a portion of the product gas from the second container as Purge gas under reduced pressure via the purge line in the first container is introduced,
(f) the first container during a first period of second phase is vented through a vent outlet and the vent outlet during a second period of the two phase is closed,

und während des gesamten Kreislaufs die einzige Verbindung zwischen den Behältern die Spülleitung für das Spülgas ist.and the only connection throughout the cycle is the purge line for the purge gas between the containers.

Bei einer derartigen Verfahrensweise wird das im jeweils außer Betrieb befindlichen Behälter vorhandene Bett an Molekularsieb durch das Spülgas rascher regeneriert, als wenn man den Behälter einfach bis zur Erschöpfung entlüften läßt. Hierdurch kann das Entlüftungsventil im Kreislauf früher geschlossen werden, als dies sonst möglich ist, wodurch zugleich ein allmähliches auf Druck bringen des außer Betrieb befindlichen Behälters unterstützt wird, bevor der Übergang zwischen den zwei Phasen des Kreislaufs diesen Behälter in Betrieb nimmt. Infolge einer Entgasung des CMS kommt es dabei natürlich auch zu einem gewissen Druckabfall im sich regenierenden CMS-Bett.With such a procedure, that is in each case except Operation located container existing bed on molecular sieve regenerated faster by the purge gas than if you had the container just vent to exhaustion. This can Bleed valve in the circuit to be closed earlier than this is otherwise possible, thereby creating a gradual pressure bringing the container out of operation is supported, before the transition between the two phases of the cycle this Puts the container into operation. As a result of degassing the CMS comes there is of course also a certain drop in pressure in itself regenerating cms bed.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß sich durch Anwen dung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine beachtlich hohe und unerwartete Zunahme des Wirkungsgrads erzielen läßt. Eine aner kannte Maßzahl für die Leistung von Systemen zur Gewinnung von Stickstoff ist als Q-Faktor bekannt und ist für eine bestimmte Reinheit eines bei vorgegebenem Druck und vorgegebener Temperatur erhaltenen Produktgases durch das Verhältnis aus der Strömungs geschwindigkeit des Produktgases (m³·h^-1) zum Volumen (m³) an verwendetem CMS definiert. Erfindungsgemäß lassen sich prozentuale Verbesserungen des Q-Faktors erzielen, die zwischen 45% und 100% liegen. Durch die Erfindung wird somit ein nicht ausgleichendes System bereitgestellt, das unter einer gleichen oder höheren Wirksamkeit als ein ausgleichendes System betrieben werden kann, ohne daß es die mit ausgleichenden Systemen verbundenen Nachteile aufweist.It has now surprisingly been found that a remarkably high and unexpected increase in efficiency can be achieved by applying the method according to the invention. A recognized measure of the performance of systems for the production of nitrogen is known as the Q factor and is for a certain purity of a product gas obtained at a given pressure and temperature by the ratio of the flow rate of the product gas (m³ · h ^-1 ) to the volume (m³) of CMS used. According to the invention, percentage improvements in the Q factor can be achieved which are between 45% and 100%. The invention thus provides a non-compensating system which can be operated with the same or greater effectiveness as a compensating system without having the disadvantages associated with compensating systems.

Die Menge an beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendetem Spülgas ist abhängig von der am jeweiligen Auslaßteil für das Produktgas erforderlichen Reinheit und von anderen Verfahrensparametern. Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein Volumen an Spülgas pro Minute von wenigstens etwa 5%, vorzugsweise wenigstens etwa 10%, bevor zugter wenigstens etwa 20%, und insbesondere wenigstens etwa 30%, bezogen auf das Gesamtvolumen des in den ersten und zweiten Behältern vorhandenen CMS. Vorzugsweise macht das Volumen an Spülgas pro Minute nicht mehr als etwa 90%, bevorzugter nicht mehr als etwa 80%, und insbesondere nicht mehr als etwa 75%, des Gesamtvolumens an CMS aus. Das Volumen an Spülgas kann etwa 30% bis etwa 75% des Volumens an CMS entsprechen, das im jeweiligen Behälter vorhanden ist. Aus US-A 4 439 219 ist zwar bereits die Anwendung von Spülgas bei einem ausgleichenden System be kannt, wobei das darin vorgeschlagene Volumen an Spülgas pro Minute jedoch niedriger ist und nur 5% bis 25% des Volumens an CMS ausmacht.The amount of purge gas used in the method according to the invention depends on that at the respective outlet part for the product gas required purity and other process parameters. A volume of purge gas per minute is preferred according to the invention of at least about 5%, preferably at least about 10%, before at least about 20%, and especially at least about 30%, based on the total volume of the first and second Containers of existing CMS. The volume preferably turns on Purge gas no more than about 90% per minute, more preferably not more than about 80%, and especially not more than about 75%, of the Total volume of CMS. The volume of purge gas can be about 30% up to about 75% of the volume of CMS that corresponds to each Container is present. From US-A 4,439,219 is already the use of purge gas in a balancing system knows, the proposed volume of purge gas per Minute, however, is lower and only 5% to 25% of the volume at CMS.

Die Zeitdauer, während der ein Behälter in seiner außer Betrieb befindlichen Phase zur Erschöpfung entlüftet wird, ist auch von anderen Verfahrensparametern abhängig. Die für das vorliegende Verfahren derzeit bevorzugte Zeitdauer reicht von 30% bis 80% der Gesamtzeit der zweiten Phase. Eine noch genauerer Steuerung der Schließung der Entlüftung während der zweiten Phase läßt sich durch Überwachung der Menge an Sauerstoff im Entlüftungsgas durch Einbau eines Sauerstoffanalysators in die Entlüftungsleitung erreichen. Während des anfänglichen Teils der zweiten Phase ist das Entlüftungsgas reich an Sauerstoff, da sich das CMS rege neriert und da hierdurch der eingefangene Sauerstoff noch während des Betriebs freigegeben wird. Bei vorgegebenen Verfahrensbe dingungen läßt sich für den optimalen Sauerstoffgehalt, bei dem das Entlüftungsventil schließen soll, ein Wert festlegen, und der Sauerstoffanalysator kann zur Erzeugung eines Steuersignals für das jeweilige Entlüftungsventil benutzt werden, sobald dieser Zahlenwert erreicht ist.The length of time that a container is in its out of service Exhausted phase is exhausted, is also from depending on other process parameters. The one for the present Process currently preferred duration ranges from 30% to 80% the total time of the second phase. An even more precise control the closing of the vent during the second phase can by monitoring the amount of oxygen in the vent gas Installation of an oxygen analyzer in the vent line to reach. During the initial part of the second phase the vent gas is rich in oxygen because the CMS is moving neriert and because of this, the trapped oxygen still during operation is released. With given procedure conditions can be set for the optimal oxygen content at which the vent valve should close, set a value, and the Oxygen analyzer can be used to generate a control signal for the respective vent valve can be used as soon as this Numerical value is reached.

In Abhängigkeit vom Volumenbedarf kann das erfindungsgemäße Ver fahren natürlich unter Verwendung eines System durchgeführt wer den, bei dem eine jeweils gleiche Mehrzahl an ersten und zweiten Behältern angewandt wird, wobei alle diese Behälter zwischen der Beschickungsleitung für das Beschickungsgas und der Produktleitung für das Produktgas parallel angeordnet sind und jeder erste Behäl ter über eine Spülleitung für das Spülgas mit jedem dazu gehören den zweiten Behälter verbunden ist.Depending on the volume requirement, the Ver drive of course who is carried out using a system the one in which an equal number of first and second Containers is applied, all of these containers between the Feed line for the feed gas and the product line for the product gas are arranged in parallel and each first container each with a purge line for the purge gas the second container is connected.

Die Spülleitungen für das Spülgas sind vorzugsweise jeweils zwischen den Auslaßseiten für das Produktgas eines jeden ersten und dazu gehörenden zweiten Behälters angeordnet. Hierdurch wird lediglich eine einen Druckbegrenzer oder Strömungsbegrenzer, der zweckmäßigerweise verändert werden kann, enthaltende Verbindungs leitung benötigt. Eine Verbindung zwischen anderen Teilen dieses Systems ist zwar theoretisch möglich, würde jedoch zusätzliche Ventile und Steuerungen erfordern.The purge lines for the purge gas are preferably each between the outlet sides for the product gas of each first and associated second container arranged. This will only one a pressure limiter or flow limiter, the can be expediently changed, containing connection line required. A link between other parts of this Systems is theoretically possible, but would be additional Valves and controls require.

Zur Erfindung gehören selbstverständlich auch alle hierin be schriebenen neuen Konzepte, und zwar entweder für sich allein oder in kombinierter Form.Of course, all of the present invention also belongs to the invention wrote new concepts, either alone or in combined form.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird eine spezielle Aus führungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahrens im folgenden lediglich als Beispiel und unter Bezugnahme auf die aus einer einzigen Figur bestehenden Zeichnung, die ein schematisches Diagramm eines Systems zur Gewinnung von Stickstoff zeigt, näher beschrieben.For a better understanding of the invention, a special embodiment of a device for carrying out the invention according to the method below only as an example and under Reference to the drawing consisting of a single figure, which is a schematic diagram of a system for extracting Nitrogen shows, described in more detail.

Die in dieser Figur gezeigte Vorrichtung umfaßt zwei erste Behäl ter 1, 2 und zwei zweite Behälter 3, 4. Jeder dieser Behälter enthält ein Bett aus CMS (Kohlenstoff-Molekularsieb = Carbon Molecular Sieve), wie es beispielsweise von der Carbotech Industrieservice unter der Produktbezeichnung CMS-F erhältlich ist. Hierbei handelt es sich um einen aktivierten Koks, dessen Porengrößen so modifiziert worden sind, daß sich Sauerstoff und Stickstoff voneinander trennen lassen, da ein Sauerstoffmolekül etwas kleiner ist als ein Stickstoffmolekül. Dieses Material ist in der Technik der Gewinnung von Stickstoff gut bekannt.The device shown in this figure comprises two first containers 1 , 2 and two second containers 3 , 4 . Each of these containers contains a bed made of CMS (Carbon Molecular Sieve), such as is available, for example, from Carbotech Industrieservice under the product name CMS-F. This is an activated coke, the pore sizes of which have been modified so that oxygen and nitrogen can be separated from each other because an oxygen molecule is slightly smaller than a nitrogen molecule. This material is well known in the nitrogen recovery art.

Die vier Behälter 1, 2 und 3, 4 sind in paralleler Anordnung zwischen einer Druckluftquelle 5 für Beschickungsgas und zwischen einer Produktleitung 6 für Produktgas, die in einen nicht gezeig ten Sammelbehälter führt, miteinander verbunden. Die beiden ersten Behälter 1 und 2 stehen mit der Druckluftquelle 5 über ein von einem Solenoid betätigtes Einspeisventil 7 und mit der Produktlei tung 6 über Rückströmventile 8 und 9 in Verbindung. Die beiden zweiten Behälter 3 und 4 stehen mit der Druckluftquelle 5 über ein von einem Solenoid betätigbares Einspeisventil 7 und mit der Produktleitung 6 über Rückströmventile 11 und 12 in Verbindung. Die Einlaßseite für das Beschickungsgas eines jeden Behälters kann über von einem Solenoid betätigbare Entlüftungsventile 13 bis 16 mit einer Entlüftung, beispielsweise zur Atmosphäre, in Verbindung stehen.The four containers 1 , 2 and 3 , 4 are connected in a parallel arrangement between a compressed air source 5 for feed gas and between a product line 6 for product gas, which leads into a collecting container, not shown. The first two containers 1 and 2 are connected to the compressed air source 5 via a solenoid-operated feed valve 7 and with the product line 6 via backflow valves 8 and 9 . The two second containers 3 and 4 are connected to the compressed air source 5 via a feed valve 7 which can be actuated by a solenoid and to the product line 6 via return flow valves 11 and 12 . The inlet side for the feed gas of each container can be connected to a vent, for example to the atmosphere, via vent valves 13 to 16 which can be actuated by a solenoid.

Die Auslaßseite für das Produktgas des Behälters 1 ist mit der Auslaßseite für das Produktgas des Behälters 3 über eine Spül leitung 17 für das Spülgas verbunden, in welcher veränderbare Strömungsbegrenzer 18, 19 angeordnet sind. Die Auslaßseite für das Produktgas des Behälters 2 ist mit der Auslaßseite für das Pro duktgas des Behälters 4 über eine Spülleitung 20 für das Spülgas verbunden, in der ebenfalls veränderbare Strömungsbegrenzer 21, 22 angeordnet sind.The outlet side for the product gas of the container 1 is connected to the outlet side for the product gas of the container 3 via a purge line 17 for the purge gas, in which variable flow restrictors 18 , 19 are arranged. The outlet side for the product gas of the container 2 is connected to the outlet side for the product gas of the container 4 via a purge line 20 for the purge gas, in which also variable flow restrictors 21 , 22 are arranged.

Die Druckluftquelle 5 ist mit den Einspeisventilen 7 und 10 über eine Beschickungsleitung für das Beschickungsgas verbunden, in der den jeweiligen Erfordernissen entsprechend Filter und/oder Trock ner 23 angeordnet sind, durch welche sichergestellt wird, daß nur reine und trockene Luft in die einzelnen Behälter 1, 2 und 3, 4 gelangt.The compressed air source 5 is connected to the feed valves 7 and 10 via a feed line for the feed gas, in which filters and / or dryers 23 are arranged according to the respective requirements, by which it is ensured that only clean and dry air in the individual containers 1 , 2 and 3 , 4 arrives.

Die Solenoide, welche die Einspeisventile und Entlüftungsventile betätigen, werden durch ein nicht gezeigtes Zeitglied in der ge wünschten Abfolge gesteuert. Aufbau und Ausgestaltung dieses Zeitglieds ergeben sich für den Fachmann aus der folgenden Ver fahrensbeschreibung.The solenoids, which are the feed valves and vent valves operate, are by a timer, not shown, in the ge desired sequence controlled. Structure and design of this For the person skilled in the art, the timing element results from the following ver driving description.

Nach dem Starten und der Stabilisierung des Systems läuft ein typischer Verfahrenskreislauf wie folgt ab. Bei Beginn einer ersten Phase des Kreislaufs öffnet sich das Einspeisventil 7, schließt sich das Einspeisventil 10, öffnen sich die Entlüftungs ventile 15 und 16 und bleiben die Entlüftungsventile 13 und 14 in ihrer bereits geschlossenen Stellung. Hierdurch werden die Behäl ter 1 und 2 in Betrieb genommen und die Behälter 3 und 4 außer Betrieb gehalten. In die Behälter 1 und 2 wird komprimierte Luft unter einer gesteuerten Strömungsgeschwindigkeit eingespeist. Während die Luft durch die CMS strömt, werden darin Sauerstoff moleküle mit dem Ergebnis eingefangen, daß ein an Stickstoff reiches Produktgas von der Auslaßseite der Behälter 1 und 2 ab strömt. Der Großteil dieses Gases wird über die Produktleitung 6 zum Sammelbehälter für das Produktgas geführt und darin unter Druck bis zum jeweiligen Gebrauch gelagert. Ein Teil dieses Pro duktgases wird jedoch unter einem verringerten Druck und Steuerung über die Strömungsbegrenzer 18, 21 über die Spülleitungen 17, 20 für das Spülgas zu den Auslaßseiten der Behälter 3 und 4 geführt.After starting and stabilizing the system, a typical process cycle proceeds as follows. At the beginning of a first phase of the circuit, the feed valve 7 opens, the feed valve 10 closes, the vent valves 15 and 16 open and the vent valves 13 and 14 remain in their already closed position. As a result, the container ter 1 and 2 are put into operation and the containers 3 and 4 are kept out of operation. Compressed air is fed into containers 1 and 2 at a controlled flow rate. As the air flows through the CMS, oxygen molecules are trapped therein, with the result that a nitrogen gas rich product gas flows from the outlet side of the containers 1 and 2 . The majority of this gas is led via the product line 6 to the collecting container for the product gas and stored therein under pressure until the respective use. Part of this product gas is, however, under a reduced pressure and control over the flow restrictors 18 , 21 through the purge lines 17 , 20 for the purge gas to the outlet sides of the containers 3 and 4 .

Die Behälter 3 und 4 sind mittels der offenen Entlüftungsventile 15 und 16 mit der Entlüftung verbunden, so daß sich der Druck in diesen Behältern 3 und 4 erniedrigt. Diese Operation wird durch das Spülgas unterstützt, und dieses Spülgas unterstützt infolge seines relativ hohen Gehalts an Stickstoff beim Durchströmen der außer Betrieb gehaltenen Behälter 3 und 4 eine Regenerierung des CMS in diesen Behältern 3 und 4, indem vom CMS Sauerstoff ausge spült wird. Am Ende einer Einstellperiode der ersten Phase sind die Entlüftungsventile 15 und 16 geschlossen. Der anhaltende Strom an Spülgas unterstützt somit den natürlichen Druckaufbau in den jeweiligen Behältern mit zunehmender Entgasung des CMS.The containers 3 and 4 are connected to the ventilation by means of the open vent valves 15 and 16 , so that the pressure in these containers 3 and 4 is reduced. This operation is supported by the purge gas, and this purge gas, due to its relatively high content of nitrogen, flows through the decommissioned containers 3 and 4 and supports regeneration of the CMS in these containers 3 and 4 by flushing out oxygen from the CMS. At the end of an adjustment period of the first phase, the vent valves 15 and 16 are closed. The continuous flow of purge gas thus supports the natural pressure build-up in the respective containers with increasing degassing of the CMS.

Am Ende der ersten Phase des Kreislaufs beginnt die zweite Phase, in welcher durch Schließen des Einspeisventils 7 und durch Öffnen der Entlüftungsventile 13 und 14 die Behälter 1 und 2 außer Be trieb gesetzt werden. Das Einspeisventil 10 öffnet sich, und die Behälter 3 und 4 werden hierdurch in Betrieb genommen und mit Beschickungsgas versorgt. Zusätzlich werden die Behälter 3 und 4 durch das Spülgas auf Druck gebracht, so daß der vom Öffnen des Einspeisventils 10 herrührende Druckschock auf das CMS erniedrigt wird. Die Behälter 3 und 4 führen Produktgas in den Sammelbehälter und Spülgas in die Behälter 1 und 2, die über die Entlüftungs ventile 13 und 14 entlüften. Das in den Behältern 1 und 2 vorhan dene CMS wird hierdurch regeneriert, und die Entlüftungsventile 13 und 14 werden nach einer Einstellperiode der zweiten Phase ge schlossen, wodurch das Spülgas die Behälter 1 und 2 auf Druck bringt. Die zweite Phase geht zu Ende, worauf wiederum die erste Phase des anschließenden Kreislaufs in der oben bereits be schrieben Weise beginnt.At the end of the first phase of the circuit, the second phase begins, in which the containers 1 and 2 are put out of operation by closing the feed valve 7 and opening the vent valves 13 and 14 . The feed valve 10 opens and the containers 3 and 4 are thereby put into operation and supplied with feed gas. In addition, the containers 3 and 4 are pressurized by the purge gas, so that the pressure shock resulting from the opening of the feed valve 10 is reduced to the CMS. The containers 3 and 4 lead product gas into the collecting container and purge gas into containers 1 and 2 , which vent valves 13 and 14 via the vent. The existing in the containers 1 and 2 CMS is regenerated thereby, and the vent valves 13 and 14 are closed after an adjustment period of the second phase, whereby the purge gas brings the containers 1 and 2 to pressure. The second phase comes to an end, whereupon the first phase of the subsequent cycle begins in the manner already described above.

Die folgenden speziellen Beispiele zeigen die Erhöhung des Wir kungsgrads, die sich unter Anwendung der Erfindung erzielen läßt. Die Versuchsapparatur ist wie in der Zeichnung gezeigt aufgebaut, umfaßt abweichend davon jedoch eine Gruppe aus jeweils fünf ersten Behältern und eine entsprechende Gruppe aus jeweils fünf zweiten Behältern. Jeder Behälter enthält 25 l des oben erwähnten CMS. Die Apparatur wird mit Druckluft von 7 bar versorgt und so gesteuert, daß sich ein Produktgas mit unterschiedlichen Konzentrationen an Sauerstoff ergibt. Je niedriger der Sauerstoffgehalt ist, um so höher ist natürlich der gewünschte Stickstoffgehalt. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind im Teil A der folgenden Tabelle zu sammengefaßt, die den bereits oben definierten Q-Faktor zusammen mit einer weiteren anerkannten Maßzahl für eine Leistung, nämlich dem Verhältnis von Luft zu N₂, das als das Volumen an Be schickungsluft definiert ist, welches zur Bildung von einem Volumen an Produktgas benötigt wird. Höhere Zahlenwerte für den Q- Faktor bedeuten eine bessere Leistung. Niedrigere Zahlenwerte für das Verhältnis von Luft zu N₂ bedeuten auch einen höheren Wir kungsgrad.The following specific examples show the increase of the we kungsgrads that can be achieved using the invention. The experimental apparatus is constructed as shown in the drawing, deviating from this, however, comprises a group of five first Containers and a corresponding group of five second each Containers. Each container contains 25 l of the above-mentioned CMS. The Equipment is supplied with compressed air of 7 bar and controlled in such a way that a product gas with different concentrations Gives oxygen. The lower the oxygen content, the more the desired nitrogen content is of course higher. The one there Results obtained are in part A of the following table summarized, the Q factor already defined above together with another recognized measure of performance, namely the ratio of air to N₂, which is the volume of Be air is defined, which is used to form one Volume of product gas is needed. Higher numerical values for the Q- Factor mean better performance. Lower numerical values for the ratio of air to N₂ also mean a higher we degree of efficiency.

Für einen Vergleich mit einem bekannten und nicht ausgleichenden System werden die Spülleitungen 17 und 20 für das Spülgas von der Versuchsapparatur entfernt, so daß es zu keiner Spülung kommen kann, und der Zeittakt der Entlüftungsventile wird so verändert, daß diese Entlüftungsventile erst dann geschlossen werden, wenn das ihnen jeweils zugeordnete Einspeisventil geöffnet wird. Hier durch ist eine Gruppe an Behältern während der gesamten Zeit zur Entlüftung hin offen, während der sich die andere Gruppe an Behäl tern in Betrieb befindet. Abgesehen von diesen Unterschieden wird die Vergleichsapparatur genauso betrieben, wie dies oben beschrie ben worden ist. Die bei diesen Versuchen erhaltenen Ergebnisse sind im Teil B der folgenden Tabelle zusammengefaßt. For a comparison with a known and non-compensating system, the purge lines 17 and 20 for the purge gas are removed from the test apparatus so that no purge can occur, and the timing of the vent valves is changed so that these vent valves are only closed when when the feed valve assigned to them is opened. Through this, one group of containers is open for venting the entire time, during which the other group of containers is in operation. Apart from these differences, the comparison apparatus is operated in exactly the same way as described above. The results obtained in these experiments are summarized in Part B of the following table.

Tabelle table

Die Versuchsergebnisse zeigen deutlich die beachtlichen Verbes serungen des Wirkungsgrads, und zwar entweder durch den Q-Faktor oder durch das Verhältnis von Luft zu N₂ gemessen, wobei sogar eine noch weitere Verbesserung als möglich erachtet wird. Diese Daten der Verbesserung des Wirkungsgrads entsprechen den Daten oder übersteigen die Daten ähnlich ausgelegter ausgleichender Systeme, ohne daß sie irgendwelche Nachteile haben, die mit sol chen bekannten Systemen verbunden sind. Insbesondere sind die erfindungsgemäß angewandten Ventilsysteme und Steuersysteme wesentlich einfacher als die, die für ein bekanntes ausgleichendes System benötigt werden, wobei das CMS zudem weniger beansprucht wird. Zu beachten ist dabei auch, daß die Phasenzeiten im Teil B der obigen Tabelle länger sind als die Phasenzeiten im Teil A. Diese längeren Phasenzeiten sind bei der Vergleichsapparatur notwendig, damit sich die gezeigten Daten für den Wirkungsgrad ergeben, und irgendwelche kürzeren Phasenzeiten hätten einem wesentlich niedrigeren Wirkungsgrad zur Folge. Kürzere Kreislauf zeiten sind bereits als solche günstig und erhöhen somit die Vorteile, die sich durch die Erfindung erzielen lassen.The test results clearly show the remarkable verb Efficiency improvements, either by the Q factor or measured by the ratio of air to N₂, and even a further improvement is considered possible. These Efficiency improvement data match the data or exceed the data in a similarly compensating way Systems, without having any disadvantages, that with sol Chen known systems are connected. In particular, they are Valve systems and control systems used according to the invention much simpler than that for a known balancing System are needed, the CMS also takes less becomes. It should also be noted that the phase times in part B in the table above are longer than the phase times in part A. These longer phase times are with the comparison apparatus necessary so that the data shown for efficiency and any shorter phase times would have given you significantly lower efficiency. Shorter circulation times as such are already favorable and thus increase the Advantages that can be achieved by the invention.

Das oben unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschriebene Beispiel zeigt zwei Behälter sowohl bei der ersten Gruppe als auch bei der zweiten Gruppe. Je nach dem erforderlichen Durchsatzvolumen kann jede Gruppe allerdings auch nur einen Behälter oder irgendeine Anzahl an mehr als zwei Behältern beinhalten. Höhere Strömungs geschwindigkeiten können für jede Gruppe an Behältern zwei oder mehr parallele Einspeisventile notwendig machen.The example described above with reference to the drawing shows two containers both in the first group and in the second group. Depending on the required throughput volume however, each group only one container or any Include number of more than two containers. Higher flow speeds can be two or two for each group of containers Make more parallel feed valves necessary.

Das obige Beispiel beschreibt auch eine einfache Verbindung zur Entlüftung, beispielsweise an die Atmosphäre, über das Entlüf tungsventil eines jeden Behälters und durch Schließen der jewei ligen Entlüftungsventile nach einer Einstellperiode einer jeden Phase des Kreislaufs. Erforderlichenfalls kann jeder aus einem Entlüftungsventil kommende Gasstrom mit einem Sauerstoffanalysator in Verbindung stehen, der den Entlüftungsausstoß kontinuierlich überwacht. Stellt der Analysator einen Abfall des Sauerstoff gehalts auf einen bestimmten Wert während der Entlüftungsdauer fest, dann kann er ein Signal erzeugen, durch das das damit in Verbindung stehende Entlüftungsventil geschlossen wird. Ist in jeder Gruppe mehr als ein Behälter vorhanden, dann kann man ent weder alle Entlüftungsventile dieser Gruppe an einen gemeinsamen Analysator anschließen oder einen Analysator verwenden, der eine Probe des Entlüftungsausstoßes lediglich eines Ventils der Gruppe entnimmt und der ein Signal erzeugen kann, das zu einer gleichzei tigen Schließung aller Entlüftungsventile der Gruppe führt.The example above also describes a simple connection to Venting, for example to the atmosphere, via the vent valve of each container and by closing the respective bleed valves after an adjustment period of each Phase of circulation. If necessary, everyone can be from one Vent valve coming gas stream with an oxygen analyzer related to the venting output continuously supervised. The analyzer represents a drop in oxygen content to a certain value during the venting period then it can generate a signal that will Connected vent valve is closed. Is in each group has more than one container, then you can ent neither all vent valves in this group are connected to a common one Connect the analyzer or use an analyzer that has one Venting sample of only one valve in the group takes and which can generate a signal that at the same time all venting valves in the group.

Andere Abwandlungen der Erfindung liegen im Rahmen des fach männischen Könnens.Other modifications of the invention are within the scope male skill.

Claims

1.Cycle process for obtaining a nitrogen-rich product gas from a feed gas containing oxygen and nitrogen, using respectively similar first and second containers, which are arranged in parallel between a feed line for the feed gas and a product line for the product gas and which each have a carbon Contain molecular sieve, through which nitrogen molecules and oxygen molecules can be separated,
characterized in that
during a first phase of each cycle

(a) feed gas is introduced into the first container via the feed line at a controlled speed and under a controlled pressure and product gas is discharged from the first container via the product gas line,
(b) a part of the product gas from the first container is introduced as purge gas under reduced pressure into the second container via a purge line,
(c) the second container is vented through a vent outlet during a first period of the first phase and the vent outlet is then closed during a second period of the first phase,

and
during a second phase of each cycle

(d) introducing feed gas into a second container at a controlled speed and under a controlled pressure via the feed line and discharging product gas from the second container via the product line,
(e) a part of the product gas from the second container is introduced as purge gas under reduced pressure into the first container via the purge line,
(f) the first container is vented through a vent outlet during a first period of the second phase and the vent outlet is closed during a second period of the second phase,

and the only connection throughout the cycle is the purge line for the purge gas between the containers.

2. The method according to claim 1, characterized in that the volume of the purge gas per minute 10% to 90% of the total volume of the carbon molecular sieve makes up that in the first and the second Be is present.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the period of time during which a loading container through its vent outlet in its out of order vented phase, 30% to 80% of the total time the second phase.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the vent outlet during the second phase is closed in response to a signal from an oxygen analyzer arranged in the vent line is generated when a certain oxygen in the vent gas content is determined.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an equal number of each first and second containers are used, all of these Container between the feed line for the feed gas and the product line for the product gas are arranged in parallel and each first container with a purge line for the purge gas each of the associated second containers is connected.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the purge lines for the purge gas each between the outlet sides for the product gas of each first and each associated second container are arranged.