DE19727743A1 - Adsorber, insbesondere zur Trennung von Sauerstoff und Stickstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Adsorber, insbesondere zur Trennung von Sauerstoff und Stickstoff aus der Luft, mit einem Behälter, der eine ein Adsorbens aufweisende Ad­ sorptionskammer mit Gasanschlüssen an gegenüberliegenden Seiten hat.

Adsorber der vorstehenden Art werden derzeit beispiels­ weise für die Sauerstoffgewinnung aus der Luft eingesetzt und sind deshalb bekannt. Hierbei benutzt man als Adsor­ bens synthetisches Zeolith. Um eine gewünschte Reinheit des gewonnenen Gases zu erreichen, ist eine bestimmte Schütthöhe des Adsorbens erforderlich, wodurch die Höhe des Adsorbers bestimmt wird. Sein Querschnitt berechnet sich in erster Linie nach dem Gasdurchsatz. Das führt bei den in der Praxis oftmals geforderten Leistungsgrößen zu Adsorbern mit einem solchen Durchmesser, daß ein Trans­ port vom Hersteller zum Abnehmer über die Straße im zu­ sammengebauten Zustand nicht mehr möglich ist. Ein weite­ rer Nachteil größerer Durchmesser liegt darin, daß dann eine gleichmäßige Gasströmung über den Querschnitt des Adsorbers nicht mehr oder nur mit großem Aufwand zu er­ reichen ist. Ungleichförmige Gasverteilungen setzen je­ doch die Leistung eines Adsorbers wesentlich herab, weil dann das Adsorbens nicht mehr gleichmäßig ausgenutzt und in der Desorptionsphase das adsorbierte Gas nur unvoll­ ständig entfernt wird.

Bisher hat man unerwünscht große Adsorberdurchmesser da­ durch vermieden, daß ab einer bestimmten Anlagegröße zwei oder mehrere Adsorber nebeneinander angeordnet wur­ den. Hierdurch erhöhen sich jedoch die Herstellungskosten der Anlage gegenüber einer Anlage mit nur einem großflä­ chigen Adsorber ebenfalls erheblich.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Adsorber der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er trotz eines möglichst geringen baulichen Aufwands in der Lage ist, auch große Gasvolumina durchzusetzen, ohne daß es hierzu eines großen Durchmessers und aufwendigen Maßnah­ men zur Erzeugung einer gleichmäßigen Durchströmung be­ darf.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Adsorptionskammer in zwei übereinander angeordnete, entgegengesetzt durchströmte Teilkammern unterteilt ist und daß der Behälter an seinen gegenüberliegenden Enden und zwischen den beiden Teilkammern jeweils einen der Gasanschlüsse hat.

Bei einem solchen Adsorber sind in einem gemeinsamen Be­ hälter zwei Adsorber angeordnet. Im Hinblick auf seinen Strömungsquerschnitt entspricht der erfindungsgemäße Ad­ sorber der bekannten Anordnung von zwei parallelen Adsor­ bern, ist jedoch wesentlich kostengünstiger herzustellen, weil insgesamt nur ein Behälter erforderlich ist und die Teilkammern nicht durch Behälterwände voneinander abge­ trennt werden müssen. Weiterhin ist die Gesamtbaugröße des erfindungsgemäßen Adsorbers geringer als die einer Anlage mit zwei separaten Adsorbern. Hinzu kommt, daß er einfacher zu verrohren ist, geringere Totvolumina hat und durch kürzere Leitungswege einen geringeren Druckverlust aufweist. Eine Kostenersparnis gegenüber der Ausführungs­ form mit zwei separaten, jeweils in einem eigenen Behäl­ ter angeordneten Adsorbern ergibt sich auch dadurch, daß der Gasanschluß zwischen den Teilkammern beiden Teilkam­ mern gemeinsam ist.

Eine gleichmäßige Gasverteilung in den Teilkammern ist ohne eine unerwünschte Vergrößerung des Behälters zu er­ reichen, wenn der Gasanschluß zwischen den Teilkammern als Gasauslaß und die beiden anderen Gasanschlüsse als Gaseinlaß für die Adsorptionsphase ausgebildet sind. Üb­ licherweise sind aus Festigkeitsgründen die beiden Enden des Behälters als nach außen gewölbte Böden ausgebildet, so daß der dort vorhandene Platz optimal für die Gasver­ teilung genutzt werden kann.

Die gleichmäßige Gasverteilung innerhalb der beiden Teil­ kammern bleibt über ihre gesamte Länge erhalten, wenn ge­ mäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung der Gasan­ schluß zwischen den Teilkammern mit einer über den ge­ samten Querschnitt des Behälters reichenden Gassammelein­ richtung Verbindung hat.

Die Gassammeleinrichtung ist besonders einfach gestaltet, wenn sie durch zwei Siebböden gebildet ist, welche je­ weils eine Teilkammer begrenzen und wenn die Teilkammern durch Siebwände aufweisende, durch die Siebböden führende Kanäle miteinander Verbindung haben. Die Kanäle ermögli­ chen es dem Adsorbens, von der oberen Teilkammer in die untere zu rutschen. Dadurch genügt es zum Einfüllen von Adsorbens in beiden Teilkammern, dieses nur in die obere Teilkammer einzugeben.

Zur weiteren Verbesserung der Gasverteilung trägt es bei, wenn die Siebböden zur jeweiligen Teilkammer hin konvex gewölbt ausgebildet sind, so daß ihr gegenseitiger Ab­ stand in der Mitte des Behälters am größten ist. Durch eine solche Ausführungsform vermag der obere Siebboden das Gewicht des Adsorbens in der oberen Teilkammer beson­ ders gut abzustützen und in die entsprechenden Kräfte in die Behälterwand zu leiten.

Vorteilhaft ist es auch, wenn die Gassammeleinrichtung zwischen den beiden Teilkammern einen um den Behälter herum führenden Ringkanal aufweist, welcher über den Um­ fang des Behälters verteilt in mehreren Bereichen mit dem Inneren des Behälters Verbindung hat. Das Gas kann hier­ durch über den gesamten Querschnitt des Behälters jeweils auf dem kürzesten Weg radial nach außen abgesaugt werden.

Eine alternative Ausführungsform der Gassammeleinrich­ tung, welche eine besonders gleichmäßig Gasströmung in den Teilkammern ermöglicht und beim Befüllen des Adsor­ bers mit Adsorbens die Befüllung der unteren Teilkammer nicht behindert, besteht darin, daß die Gassammelein­ richtung durch den Behälter hindurchführende, als Sieb­ flächen ausgebildete, Mantelflächen aufweisende Rohre hat, welche an ihren beiden Enden jeweils mit dem Ringka­ nal Verbindung haben.

Oftmals schaltet man der Adsorptionskammer eine Vorkammer mit einem anderen Adsorbens vor, um beispielsweise bei der Sauerstoffgewinnung aus der Luft Wasser und Kohlen­ wasserstoffe abzuscheiden, so daß diese nicht das Zeo­ lith schädigen können. Bei einem solchen Adsorber ist es vorteilhaft, wenn die Vorkammern der oberen Teilkammer über ein Fallrohr mit einem Vorratsbehälter für das wei­ tere Adsorbens an der oberen Seite des Behälters Verbin­ dung hat. Hierdurch wird vermieden, daß in der oberen Vorkammer Hohlräume entstehen können, durch die das Gas bevorzugt strömt und dadurch die notwendige, gleichmäßige Gasverteilung verloren gehen würde. Weiterhin könnten solche Hohlräume beim Evakuieren zu einer Beschädigung des Adsorbens führen.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zwei davon sind in der Zeichnung dargestellt und werden nach­ folgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Adsorbers nach der Erfindung,

Fig. 2 Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines Adsorbers nach der Erfindung,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Adsorber nach Fig. 2,,

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Adsorber entlang der Linie IV-IV in Fig. 2.

Die Fig. 1 zeigt einen stehend angeordneten Behälter 1, der an seinen beiden Enden und auf halber Höhe jeweils einen Gasanschluß 2, 3, 4 hat. Die Gasanschlüsse 2 und 3 dienen bei dieser Ausführungsform zum Zuführen von Gas, welches den Adsorber über den mittleren Gasanschluß 4 verläßt. In seinem Inneren hat der Behälter 1 eine Ad­ sorptionskammer 5, welche durch eine Gassammeleinrichtung 6 in zwei Teilkammern 7, 8 unterteilt ist. Die Gassammel­ einrichtung 6 hat einen oberen Siebboden 9 und einen un­ teren Siebboden 10. Die Siebböden 9, 10 sind durch meh­ rere Kanäle 11 beabstandet, über die die beiden Teilkam­ mern 7, 8 miteinander Verbindung haben. Die Kanäle 11 sind mit Siebwänden 12 versehen.

Der Behälter 1 hat an seinen beiden Enden jeweils einen nach außen gewölbten Boden 13, 14, in welchem eine Gas­ verteilung 15, 16 angeordnet ist. Der übrige Raum inner­ halb des Bodens 13, 14 bildet eine Vorkammer 17, 18, in die beispielsweise als Adsorbens Aluminiumgel gefüllt ist, während die Teilkammern 7, 8 als Adsorbens Zeolith enthalten.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 2 bis 4 hat der Behälter 1 in mittlerer Höhe einen umlaufenden Ringkanal 19, welcher mit einer in Fig. 4 gezeigten Gassammelein­ richtung 20 Verbindung hat. Auf dem oberen Boden 14 des Behälters 1 sind Vorratsbehälter 21, 22 angeordnet, wel­ che über Fallrohre 23, 24 mit der der oberen Vorkammer 18 Verbindung haben. In den Vorratsbehältern 21, 22 befindet sich beispielsweise Aluminiumgel, welches über die Fallrohre 23, 24 in die Vorkammer 18 nachrutschen kann. Das kann dadurch gefördert werden, daß die Vorratsbehäl­ ter 21, 22 nach oben hin von einer druckbeaufschlagten Membran begrenzt sind.

Die Fig. 3 zeigt, wie das Gas zum oberen Anschluß 2 ge­ führt wird und an zwei gegenüberliegenden Seiten von der Ringleitung 19 zu dem Anschluß 4 gelangt.

In Fig. 4 ist die Gestaltung der Gassammeleinrichtung 20 zu erkennen. Diese hat zahlreiche quer durch den Behälter 1 hindurchführende, als Siebflächen ausgebildete Mantel­ flächen aufweisende Rohre 25, 26, welche an ihren beiden Enden jeweils mit dem Ringkanal 19 Verbindung haben und deren Mantelflächen als Siebflächen ausgebildet sind. Da­ durch kann das Gas aus den Teilkammern 7 und 8 über die Mantelflächen dieser Rohre 25, 26 in diese und von dort in den Ringkanal 19 gelangen.

Bezugszeichenliste

1

Behälter

2

Gasanschluß

3

Gasanschluß

4

Gasanschluß

5

Adsorptionskammer

6

Gassammeleinrichtung

7

Teilkammer

8

Teilkammer

9

oberer Siebboden

10

unterer Siebboden

11

Kanal

12

Siebwand

13

Boden

14

Boden

15

Gasverteilung

16

Gasverteilung

17

Vorkammer

18

Vorkammer

19

Ringkanal

20

Gassammeleinrichtung

21

Vorratsbehälter

22

Vorratsbehälter

23

Fallrohr

24

Fallrohr

25

Rohr

26

Rohr

Claims (8)

1. Adsorber, insbesondere zur Trennung von Sauerstoff und Stickstoff aus der Luft, mit einem Behälter, der eine ein Adsorbens aufweisende Adsorptionskammer mit Gasanschlüs­ sen an gegenüberliegenden Seiten hat, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Adsorptionskammer (5) in zwei überein­ ander angeordnete, entgegengesetzt durchströmte Teilkam­ mern (7, 8) unterteilt ist und daß der Behälter (1) an seinen gegenüberliegenden Enden und zwischen den beiden Teilkammern (7, 8) jeweils einen der Gasanschlüsse (2, 3, 4) hat.

2. Adsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasanschluß (4) zwischen den Teilkammern (7, 8) als Gasauslaß und die beiden anderen Gasanschlüsse (2, 3) als Gaseinlaß für die Adsorptionsphase ausgebildet sind.

3. Adsorber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasanschluß (4) zwischen den Teilkammern (7, 8) mit einer über den gesamten Querschnitt des Behälters (1) reichenden Gassammeleinrichtung (6) Verbindung hat.

4. Adsorber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gassammeleinrichtung (6) durch zwei Siebböden (9, 10) gebildet ist, welche jeweils eine Teilkammer (7, 8) be­ grenzen und daß die Teilkammern (7, 8) durch Siebwände (12) aufweisende, durch die Siebböden (9, 10) führende Kanäle (11) miteinander Verbindung haben.

5. Adsorber nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Siebböden (9, 10) zur jeweiligen Teil­ kammer (7, 8) hin konvex gewölbt ausgebildet sind, so daß ihr gegenseitiger Abstand in der Mitte des Behälters (1) am größten ist.

6. Adsorber nach zumindest einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gassammelein­ richtung (6) zwischen den beiden Teilkammern (7, 8) einen um den Behälter (1) herum führenden Ringkanal (19) auf­ weist, welcher über den Umfang des Behälters (1) verteilt in mehreren Bereichen mit dem Inneren des Behälters (1) Verbindung hat.

7. Adsorber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gassammeleinrichtung (6) durch den Behälter (1) hin­ durchführende, als Siebflächen ausgebildete, Mantelflä­ chen aufweisende Rohre (25, 26) hat, welche an ihren bei­ den Enden jeweils mit dem Ringkanal (19) Verbindung ha­ ben.

8. Adsorber nach zumindest einem der vorangehenden An­ sprüche, bei dem gaseinlaßseitig eine Vorkammer mit ei­ nem weiteren Adsorbens vorgesehen ist und das Gas der Ad­ sorptionskammer über diese Vorkammer zugeführt wird, da­ durch gekennzeichnet, daß die Vorkammern (17, 18) jeder Teilkammer (7, 8) jeweils über ein Fallrohr (23, 24) mit einem Vorratsbehälter (21, 22) für das weitere Adsorbens an der oberen Seite des Behälters (1) Verbindung haben.