DE19727741A1 - Adsorptive separation of oxygen from air - Google Patents

Adsorptive separation of oxygen from air

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Abstract

In an adsorber used in the extraction of oxygen from air by the adsorption of nitrogen, air enters the base of the vessel at (6) into an antechamber (8) that acts as a distributor but is also filled with one type of adsorbent material. The air then passes into the adsorption chamber (12) containing a second type of adsorbent material. The oxygen then leaves at the top at (14). The chamber (8) can be opened, the gate (10) can be removed (8) and the adsorbent can be removed.

Description

Die Erfindung betrifft einen Adsorber, insbesondere zur Trennung von Sauerstoff und Stickstoff aus der Luft, mit einem Behälter, der eine ein Adsorbens enthaltende Ad­ sorptionskammer hat, und der an seinem Behälterboden einen in eine Gasverteilungskammer führenden Gaseinlaß und an seiner oberen Seite einen Gasauslaß aufweist und in dem gaseinlaßseitig eine Vorkammer mit einem weiteren Adsorbens vorgesehen ist.The invention relates to an adsorber, in particular for Separation of oxygen and nitrogen from the air, with a container containing an ad sorption chamber, and that on its container bottom a gas inlet leading into a gas distribution chamber and has a gas outlet on its upper side and in the gas inlet side a prechamber with another Adsorbent is provided.

Adsorber der vorstehenden Art werden derzeit für die Sau­ erstoffgewinnung aus der Luft eingesetzt und sind deshalb bekannt. Für die Sauerstoffgewinnung benutzt man als Ad­ sorbens synthetisches Zeolith. Der Behälterboden des be­ kannten Adsorbers ist nach unten hin gewölbt ausgeführt und zum Behälter hin durch einen Siebboden abgetrennt. Oberhalb des Behälterbodens ist die durch Siebflächen be­ grenzte Gasverteilungskammer vorgesehen. Der Raum im Be­ hälterboden zwischen der Gasverteilungskammer und dem Siebboden bildet die Vorkammer mit dem weiteren Adsor­ bens, bei dem es sich bei Sauerstoffgewinnungsanlagen üblicherweise um Aluminiumgel handelt. Das Einfüllen der Adsorbentien in den Adsorber erfolgt von oben, indem man bei zunächst entferntem Siebboden zuerst das Aluminiumgel einschüttet, dann den Siebboden einsetzt und anschließend das Zeolith eingibt.Adsorbers of the above type are currently used for the sow extraction from the air and are therefore known. For the oxygen production one uses as ad sorbent synthetic zeolite. The container bottom of the be Known adsorber is arched downwards and separated from the container by a sieve bottom. Above the bottom of the container is through sieve surfaces limited gas distribution chamber provided. The room in the Be tank bottom between the gas distribution chamber and the Sieve bottom forms the pre-chamber with the further adsor bens, which is in oxygen recovery plants is usually aluminum gel. Filling the Adsorbents in the adsorber are made from above by with the sieve bottom removed, first the aluminum gel poured in, then inserted the sieve bottom and then enters the zeolite.

Als nachteilig bei den bekannten Adsorbern hat sich he­ rausgestellt, daß das Aluminiumgel aufgrund von Um­ welteinflüssen der eingegebenen Luft früher seine Wirk­ samkeit verliert als das Zeolith. Da sich die Vorkammer jedoch unterhalb der Adsorptionskammer mit dem Zeolith befindet, muß man zum Austausch des Adsorbens in der Vorkammer zugleich das Adsorbens in der Adsorptionskammer entfernen, was zeitaufwendig ist.A disadvantage of the known adsorbers, he has issued that the aluminum gel due to Um world influences of the input air earlier its effect looseness than the zeolite. Because the antechamber  however below the adsorption chamber with the zeolite is to replace the adsorbent in the Pre-chamber also the adsorbent in the adsorption chamber remove what is time consuming.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Adsorber der eingangs genannten Art so auszubilden, daß das Ad­ sorbens in der Vorkammer möglichst rasch ausgewechselt werden kann und daß das Volumen des Behälters des Adsor­ bers möglichst weitgehend ausgenutzt wird.The invention is based on the problem of an adsorber of the type mentioned in such a way that the ad replace sorbent in the antechamber as quickly as possible can and that the volume of the container of the adsor bers is used as far as possible.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gasverteilungskammer zugleich als Vorkammer für das weitere Adsorbens ausgebildet ist und einen nach unten hin zu öffnenden Adsorbensauslaß hat.This problem is solved according to the invention in that the gas distribution chamber also serves as an antechamber for the more adsorbent is formed and one down towards opening adsorbent outlet.

Bei einem solchen Adsorber wird die bisher ausschließlich der Gasverteilung dienende und deshalb leer bleibende Gasverteilungskammer für die Unterbringung des weiteren Adsorbens genutzt. Hierdurch wird die Gasverteilung in der Hauptadsorptionskammer verbessert, weil das Adsorbens in der Gasverteilungskammer zu einer Vergleichmäßigung der Gasströmung beiträgt. Weiterhin kann dank der Erfin­ dung der bisher für das weitere Adsorbens verwendete Raum außerhalb der Gasverteilungskammer anderweitig genutzt werden und beispielsweise zur Vergrößerung der Hauptad­ sorptionskammer beitragen, indem er im Falle einer Sauer­ stoffgewinnungsanlage ebenfalls mit Zeolith gefüllt wird.So far, such an adsorber has been used exclusively serving the gas distribution and therefore remaining empty Gas distribution chamber for housing the further Adsorbent used. As a result, the gas distribution in the main adsorption chamber improved because of the adsorbent in the gas distribution chamber for an equalization contributes to the gas flow. Furthermore, thanks to the Erfin the space previously used for the further adsorbent used elsewhere outside the gas distribution chamber and for example to enlarge the main line sorption chamber by adding in the case of an acid material recovery plant is also filled with zeolite.

Eine besonders gleichmäßige Gasverteilung erreicht man, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung am Behälter­ boden ein sich bis zum bodenseitigen Querschnitt der Vor­ kammer erweiternder, zu der Vorkammer durch eine Siebflä­ che abgegrenzter Diffusor mit dem Gaseinlaß vorgesehen ist. A particularly even gas distribution can be achieved if according to a development of the invention on the container floor up to the floor-side cross-section of the front chamber widening to the antechamber through a sieve surface che delimited diffuser provided with the gas inlet is.  

Der Adsorbensauslaß beeinträchtigt nicht die gleichmä­ ßige Gasverteilung, wenn gemäß einer anderen Ausgestal­ tung der Erfindung die Vorkammer oberhalb des Gaseinlas­ ses den Adsorbensauslaß hat. Dieser kann dabei als ge­ schlossene Fläche ausgebildet sein, so daß das einströ­ mende Gas zur Seite hin abgelenkt wird.The adsorbent outlet does not affect the evenly ßig gas distribution, if according to another Ausgestal tion of the invention, the prechamber above the gas inlet it has the adsorbent outlet. This can be ge closed surface be formed so that the inflow gas is deflected to the side.

Eine noch bessere Gasverteilung erreicht man, wenn zwi­ schen dem Adsorbensauslaß und dem Gaseinlaß in dem Dif­ fusor ein Prallblech angeordnet ist.An even better gas distribution can be achieved if between between the adsorbent outlet and the gas inlet in the dif fusor a baffle is arranged.

Das einströmende Gas wird nach dem Verlassen der Vorkam­ mer gleichmäßig der eigentlichen Adsorptionskammer zuge­ führt, wenn die Vorkammer sich im Querschnitt nach oben hin verjüngt.The inflowing gas becomes after leaving the occurrence mer evenly the actual adsorption chamber leads when the antechamber is up in cross-section tapered towards.

Zum Einfüllen des Adsorbens in die Vorkammer ist es vor­ teilhaft, wenn von der Oberseite des Behälters her eine Nachfülleitung für Adsorbens in die Vorkammer mündet.For filling the adsorbent in the antechamber it is in front partial if one from the top of the container Refill line for adsorbent opens into the antechamber.

Vorteilhaft ist es auch, wenn gemäß einer anderen Weiter­ bildung der Erfindung der Behälterboden nach außen hin gewölbt ausgeführt und durch einen Siebboden von der Ad­ sorptionskammer abgetrennt ist und wenn der Raum in dem Behälterboden zwischen der ersten Vorkammer und dem Sieb­ boden eine zweite Vorkammer mit Adsorbens bildet. Diese zweite Vorkammer kann man ebenfalls beispielsweise mit Aluminiumgel füllen. Da ihr die zugleich die Luftvertei­ lungskammer bildende Vorkammer mit Aluminiumgel vorge­ schaltet ist, wird das Aluminiumgel in der zweiten Vor­ kammer weniger belastet als das in der ersten Vorkammer, so daß es eine gleich lange Lebensdauer hat wie das Zeo­ lith in der Adsorptionskammer und deshalb für die zweite Vorkammer keine Möglichkeit eines Austausch des Adsorbens ohne gleichzeitiges Entfernen des Zeolithes vorgesehen sein muß. It is also advantageous if according to another Next Education of the invention the container bottom outwards arched and through a sieve plate from the ad sorption chamber is separated and if the space in the Container bottom between the first antechamber and the sieve bottom forms a second antechamber with adsorbent. This second antechamber can also be used, for example Fill aluminum gel. Since you also the air distribution Pre-chamber forming pre-chamber with aluminum gel is switched, the aluminum gel is in the second pre chamber less loaded than that in the first antechamber, so that it has the same lifespan as the Zeo lith in the adsorption chamber and therefore for the second Antechamber no possibility of exchanging the adsorbent provided without simultaneous removal of the zeolite have to be.  

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfol­ gend beschrieben.The invention permits numerous embodiments. A of which is shown in the drawing and will follow described below.

Die Zeichnung zeigt einen angeordneten Behälter 1, der auf Füßen 2, 3 stehend angeordnet ist. Nach unten hin wird der Behälter 1 von einem nach außen gewölbten Behäl­ terboden 4 begrenzt. An der Außenseite des Behälterbodens 4 ist mittig ein Diffusor 5 angeschlossen, welcher einen Gaseinlaß 6 hat. In diesem Diffusor 5 ist mit Abstand zum Gaseinlaß 6 ein Prallblech 7 angeordnet.The drawing shows an arranged container 1 , which is arranged standing on feet 2 , 3 . At the bottom, the container 1 is limited by an outwardly curved container bottom 4 . A diffuser is centrally connected 5 to the outside of the container bottom 4, which has a gas inlet. 6 In this diffuser 5 , a baffle 7 is arranged at a distance from the gas inlet 6 .

Behälterinnenseitig ist auf dem Behälterboden 4 eine nach oben hin sich konisch verjüngende Vorkammer 8 vorgesehen, welche allseitig durch Siebflächen 9 begrenzt wird. Ober­ halb des Prallbleches 7 hat die Vorkammer 8 einen Adsor­ bensauslaß 10, der zum Auswechseln des Adsorbens in der Vorkammer 8 geöffnet werden kann.Container's interior side is provided on the container bottom 4 an upwardly conically tapering pre-chamber 8, which is bounded on all sides by screening surfaces. 9 Above half of the baffle plate 7 , the prechamber 8 has an adsor bensauslaß 10 , which can be opened for changing the adsorbent in the prechamber 8 .

Oberhalb des nach außen hin gewölbten Behälterbodens 4 ist in dem Behälter 1 ein seinen gesamten Querschnitt überbrückender Siebboden 11 angeordnet, der nach unten hin einen Adsorptionsraum 12 begrenzt. Der Raum im Behäl­ terboden 4 unterhalb dieses Siebbodens 11 und außerhalb der Vorkammer 8 kann eine zweite Vorkammer 13 bilden.Above the container base 4 , which is curved toward the outside, a sieve base 11 , which bridges its entire cross section, is arranged in the container 1 and limits an adsorption space 12 at the bottom. The space in the container terboden 4 below this sieve plate 11 and outside the prechamber 8 can form a second prechamber 13 .

Der Behälter 1 hat an seiner Oberseite einen Gasauslaß 14, an welchem ein Siebkorb 15 angeschlossen ist, über dessen siebförmige Mantelfläche das Gas seitlich einströmt und von dem aus es den Behälter über eine Gasentnahmelei­ tung 16 verläßt. Der Siebkorb 15 hat einen als nach oben hin konkav gekrümmtes Prallblech ausgebildeten Boden, so daß beim Spülen und Umfüllen, wenn über die Gasentnahme­ leitung 16 Gas in den Behälter 1 gelangt, dieses nicht unmittelbar auf das Adsorbens im Adsorptionsraum 12 trifft.The container 1 has at its top a gas outlet 14 , to which a strainer 15 is connected, on the sieve-shaped lateral surface, the gas flows in laterally and from which it leaves the container via a gas extraction line 16 . The strainer basket 15 has a bottom formed as a concave baffle plate, so that when flushing and decanting, if 16 gas enters the container 1 via the gas extraction line, it does not directly hit the adsorbent in the adsorption space 12 .

Ebenfalls von der Oberseite des Behälters 1 her führt eine Nachfülleitung 17 bis in die Vorkammer 8. Diese Nachfülleitung 17 hat außerhalb des Behälters 1 einen Nachfüllstutzen 18. Dadurch kann man von oben her die Vorkammer 8 mit Adsorbens beschicken.Also from the top of the container 1 , a refill line 17 leads into the prechamber 8 . This refill line 17 has a refill nozzle 18 outside the container 1 . As a result, the pre-chamber 8 can be charged with adsorbent from above.

Wenn der dargestellte Adsorber zur Sauerstoffgewinnung aus Luft eingesetzt werden soll, dann füllt man in den Adsorptionsraum 12 Zeolith und in die Vorkammer 8 Alumi­ niumgel. Die zweite Vorkammer 12 kann vor dem Einsetzen des Siebbodens 11 und dem Einfüllen des Zeoliths eben­ falls mit Aluminiumgel gefüllt werden. Möglich ist es je­ doch auch, auf den Siebboden 11 zu verzichten und die zweite Vorkammer 13 ebenfalls mit Zeolith zu füllen, um das Volumen der Adsorptionskammer 12 zu vergrößern.If the adsorber shown is to be used to extract oxygen from air, then 12 zeolite is filled in the adsorption space and 8 aluminum gel in the prechamber. The second pre-chamber 12 can also be filled with aluminum gel before inserting the sieve plate 11 and filling the zeolite. It is also possible, however, to dispense with the sieve plate 11 and also to fill the second prechamber 13 with zeolite in order to increase the volume of the adsorption chamber 12 .

In der Adsorptionsphase strömt Luft vom Gaseinlaß 6, durch die Vorkammer 8, dann durch die Vorkammer 13 in die Adsorptionskammer 12 und von dort über den Siebkorb 15 und den Gasauslaß 14 in die Gasentnahmeleitung 16. Ist das Aluminiumgel in der Vorkammer 8 nicht mehr ausrei­ chend wirksam, dann kann man bei Stillstand der Anlage den Adsorbensauslaß 10 öffnen und das Aluminiumgel nach unten hin aus dem Behälter 1 rutschen lassen. Ein Nach­ füllen ist anschließend über den Nachfüllstutzen 18 mög­ lich. In the adsorption phase, air flows from the gas inlet 6 , through the prechamber 8 , then through the prechamber 13 into the adsorption chamber 12 and from there via the strainer basket 15 and the gas outlet 14 into the gas extraction line 16 . If the aluminum gel in the pre-chamber 8 is not suffi accordingly effective, then one can open the Adsorbensauslaß 10 and leave the aluminum gel downward slipping out of the container 1 when the plant. A refill is then possible via the refill 18 .

BezugszeichenlisteReference list

11

Behälter
container

22nd

Fuß
foot

33rd

Fuß
foot

44th

Boden
ground

55

Diffusor
Diffuser

66

Gaseinlaß
Gas inlet

77

Prallblech
Baffle

88th

Vorkammer
Antechamber

99

Siebfläche
Screen area

1010th

Adsorbensauslaß
Adsorbent outlet

1111

Siebboden
Sieve bottom

1212th

Adsorptionsraum
Adsorption space

1313

Vorkammer
Antechamber

1414

Gasauslaß
Gas outlet

1515

Siebkorb
Strainer basket

1616

Gasentnahmeleitung
Gas sampling line

1717th

Nachfülleitung
Refill line

1818th

Nachfüllstutzen
Refill

Claims (7)

1. Adsorber, insbesondere zur Trennung von Sauerstoff und Stickstoff aus der Luft, mit einem Behälter, der eine ein Adsorbens enthaltende Adsorptionskammer hat, und der an seinem Boden einen in eine Gasverteilungskammer führenden Gaseinlaß und an seiner oberen Seite einen Gasauslaß aufweist und in dem gaseinlaßseitig eine Vorkammer mit einem weiteren Adsorbens vorgesehen ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gasverteilungskammer zugleich als Vor­ kammer (8) für das weitere Adsorbens ausgebildet ist und einen nach unten hin zu öffnenden Adsorbensauslaß (10) hat.1. Adsorber, in particular for separating oxygen and nitrogen from the air, with a container which has an adsorption chamber containing an adsorbent and which has a gas inlet leading into a gas distribution chamber at its bottom and a gas outlet on its upper side and in the gas inlet side A prechamber is provided with a further adsorbent, characterized in that the gas distribution chamber is at the same time designed as a front chamber ( 8 ) for the further adsorbent and has a downwardly opening adsorbent outlet ( 10 ). 2. Adsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden (4) des Behälters (1) ein sich bis zum bodensei­ tigen Querschnitt der Vorkammer (8) erweiternder, zu der Vorkammer (8) durch eine Siebfläche (9) abgegrenzter Dif­ fusor (5) mit dem Gaseinlaß (6) vorgesehen ist.2. Adsorber according to claim 1, characterized in that at the bottom ( 4 ) of the container ( 1 ) an up to the Bodensei term cross-section of the antechamber ( 8 ) widening, to the antechamber ( 8 ) by a sieve surface ( 9 ) delimited Dif fusor ( 5 ) with the gas inlet ( 6 ) is provided. 3. Adsorber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (8) oberhalb des Gaseinlasses (6) den Ad­ sorbensauslaß (10) hat.3. Adsorber according to claim 2, characterized in that the prechamber ( 8 ) above the gas inlet ( 6 ) has the Ad sorbent outlet ( 10 ). 4. Adsorber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Adsorbensauslaß (10) und dem Gaseinlaß (6) in dem Diffusor (5) ein Prallblech (7) angeordnet ist.4. Adsorber according to claim 3, characterized in that a baffle ( 7 ) is arranged between the adsorbent outlet ( 10 ) and the gas inlet ( 6 ) in the diffuser ( 5 ). 5. Adsorber nach zumindest einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (8) sich im Querschnitt nach oben hin verjüngt.5. Adsorber according to at least one of the preceding claims, characterized in that the prechamber ( 8 ) tapers in cross-section upwards. 6. Adsorber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß von der Oberseite des Behälters (1) her eine Nachfüllei­ tung (16) für Adsorbens in die Vorkammer (8) mündet. 6. Adsorber according to claim 5, characterized in that from the top of the container ( 1 ) ago a refill device ( 16 ) for adsorbent opens into the prechamber ( 8 ). 7. Adsorber nach zumindest einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (4) des Behälters (1) nach außen hin gewölbt ausgeführt und durch einen Siebboden (11) von der Adsorptionskammer (12) abge­ trennt ist und der Raum in dem Boden (4) zwischen der ersten Vorkammer (8) und dem Siebboden (11) eine zweite Vorkammer (13) mit Adsorbens bildet.7. Adsorber according to at least one of the preceding claims, characterized in that the bottom ( 4 ) of the container ( 1 ) is curved outwards and is separated by a sieve bottom ( 11 ) from the adsorption chamber ( 12 ) and the space in the bottom ( 4 ) between the first antechamber ( 8 ) and the sieve bottom ( 11 ) forms a second antechamber ( 13 ) with adsorbent.
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