DE2207117A1 - Verfahren zur anreicherung von sauerstoff in luft und aehnlichen gasen - Google Patents

Verfahren zur anreicherung von sauerstoff in luft und aehnlichen gasen

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Description

Amn.: Bergwerksverband GmbH 14 ρρήτ·ιι-ρ iq7o
<? Essen-Kray Ir/r*™^ 1972?
Frillendorfer Str. 351
Verfahren zur Anreicherung von Sauerstoff in Luft und
ähnlichen Gasen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anreicherung von Sauerstoff in Luft und ähnlichen Gasen durch selektive Adsorption des Sauerstoffs aus diesen Gasen an Molekularsiebkoksen und anschließende Desorption der adsorbierten mit Sauerstoff angereicherten Gase durch Druckerniedrigung.
Zur Gewinnung von Sauerstoff wird heute vorwiegend die Destillation verflüssigter Luft angewandt. Wird für die Durchführung eines Prozesses ein Gas benötigt, das gegenüber Luft nur eine Anreicherung an Sauerstoff auf 40 - 90 % aufweist, wie z. B. bei neueren Verfahren der Eisenhüttenindustrie, so pflegt man Luft mit entsprechenden Mengen reinen Sauerstoffs zu vermischen. Man kann jedoch auch durch eine gezielte Destillation von verflüssigter Luft ein Gas mit dein gewünschten Sauerstoffgehalt erzeugen. Alle diese Verfahren sind sehr aufwendig und nur bei dauerndem Betrieb wirtschaftlich.
Bekannt ist auch die Gewinnung von an Sauerstoff angereicherter Luft durch Adsorptionsverfahren an silikatischen oder kohlenstoffhaltigen Adsorptionsmitteln unter Anwendung eines Druckoder Temperaturwechsels während der Adsorption und Desorption. Spezielle Silikate, z. B. Zeolithe, adsorbieren bevorzugt Stickstoff vor Sauerstoff, so daß der Sauerstoff beim Durchleiten von Luft durch mit Zeolithen gefüllte Adsorber im zuerst austretenden Gas angereichert ist. Die Regene-
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C ·
rierung der Zeolithe erfordert einen erheblichen energetischen und apparativen Aufwand. Außerdem sind Zeolithe nur bei getrockneter Luft voll wirksam, da sie hydrophil sind.
Es ist weiter bekannt, daß Molekularsiebkokse bestimmter Herstellung im Gegensatz zu Zeolithen für Sauerstoff ein stärkeres Adsorptionsvermögen besitzen als für den Stickstoff.
Diese Molekularsiebkokse, im folgenden M-Kokse genannt, werden beispielsweise nach dem Verfahren der deutschen Patentanmeldung P 21 19 829.8 vom 23.4.1971 (USA Ser. No. 161 211 vom 9.7.1971) dadurch hergestellt, daß durch thermische Zersetzung von Kohlenwasserstoffen in gewissen Koksen eine Hohlraumverengung in den Poren erreicht wird, wodurch das Adsorptionsvermögen für Gase mit kleinen Molekülen nicht wesentlich verändert wird, während das Adsorptionsvermögen für große Moleküle stark zurückgeht. :
Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, durch Adsorption und Desorption von Luft an M-Koksen unter verhältnismäßig geringem energetischem Aufwand eine Anreicherung des Sauerstoffs in Luft auf 40 - 80 oder sogar 90 161.% zu erzielen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anreicherung des Sauerstoffs in der Luft in einem wechselseitigen Zyklus zwischen Beladen und Entladen von mit M-Koksen gefüllten Adsorbern erfolgt und nach dem Beladen eines Adsorbers 30 - 70 Vol.90 des gesamten Gasinhalts des Adsorbers als 1. Fraktion in einen anderen Adsorber überführt werden, nachdem in dem besagten anderen Adsorber der M-Koks mit Luft beladen war und bevor dieser wieder entladen wurde, während aus dem 1. Adsorber durch weitere Desorption
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das restliche Gasvolumen durch Fortsetzung der Entladung als 40 - 90 %iger Sauerstoff gewonnen wird. Im einzelnen hat sich nämlich gezeigt, daß durch dieses wechselseitige Beladen und Entladen aus jedem Adsorber eine 1. Fraktion mit einem Sauerstoffgehalt von etwa 25 - 40 YoI.% und anschließend eine 2. Fraktion von etwa 40 - 90 YoI.% entnommen werden kann, falls die jeweilige 1. Fraktion in einen anderen Adsorber übergeführt wird und darin eine zusätzliche Beladung des M-Kokses mit Op-angereicherter Luft einer On-Durchschnit"cskonzentration von 25 - 40 Vol.% bewirkt wird.
Die Beladung der M-Kokse kann mit einer nicht getrockneten und nicht gereinigten Luft vorgenommen werden. Sie ist bereits ausreichend, wenn Luft bei etwa Atmosphärendruck 20 - 180 see, vorzugsweise 60 - 140 see, durch den M-Koks geleitet wird. Die Beladung kann auch unter erhöhten Drucken erfolgen, wenngleich unter normalen Drucken bereits befriedigende Op-Anreicherungen erzielt werden» Selbstverständlich kann man das Ende der Beladung dadurch messen, daß man durch Analyse am austretenden Gas feststellt, ob aus dem Adsorber eine Luft austritt, die die gleiche Zusammensetzung besitzt wie die eintretende Luft, und das Hindurchleiten von Luft bis zum Wiederaustritt von Luft der Eingangszusammensetzung durchführen. Das Einleiten und Durchleiten der Luft kann aber auch ohne wesentliche Nachteile für das Ergebnis eine gewisse Zeit vor oder nach Erreichen dieses Stadiums beendet werden. Im allgemeinen dürfte je nach Wirksamkeit der M-Kokse die dazu notwendige Luftmenge das 2 - 2Ofache, vorzugsweise das 4 - 12fache des Adsorbervolumens betragen.
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Das Entladen der Adsorber erfolgt durch Abpumpen der adsorbierten Gase mit der Vakuumpumpe. Dabei ergeben sich Unterdrucke von etwa 760 bis hinab auf 400 - 200 Torr für die Desorbierung einer 1. Fraktion in Mengen von 30 - 70 Vol.% des Gesamtvolumens des adsorbierten Gases und von etwa 400 - 200 bis hinab auf 100 - 15 Torr, vorzugsweise 50 - 30 Torr für die Desorption des restlichen Volumens. Dabei ist es technisch ohne weiteres möglich, die desorbierten Gase erfindungsgemäß nacheinander in zwei Fraktionen aufzufangen und die 1. Fraktion im vorgesehenen Zeitpunkt in einen anderen Adsorber einzuleiten und die restliche Fraktion als Produkt der 2. Entladungsstufe abzuziehen. Bei Verwendung leistungsfähiger Vakuumpumpen ist im allgemeinen die 1. Entladungsstufe bereits nach 2-20 see, vorzugsweise 9-17 see, und die 2. Entladungsstufe nach 20 - 180 see, vorzugsweise 90 - 14O see, beendet.
Die Überleitung der 1. Fraktion in einen frisch mit Luft beladenen anderen Adsorber soll in der Weise erfolgen, daß keine größeren Mengen dieser bereits mit Sauerstoff angereicherten 1. Fraktion wieder aus dem anderen Adsorber austreten, so daß also lediglich Luft aus diesem Adsorber verdrängt wird. Dieses verdrängte Volumen ist nur wenig an Sauerstoff angereichert und kann als Abgas entfernt werden. Es kann Jedoch zur erneuten Beladung des 1. Adsorbers verwertet werden.
Auch der Durchtritt kleiner Mengen von an Sauerstoff angereicherter Luft der 1. Fraktion durch den anderen Adsorber verschlechtert das angestrebte Ergebnis nicht erheblich. Es empfiehlt sich jedoch zwecks zusätzlicher Beladung der M-Kokse mit einer 1. Fraktion nur eine so große Menge dieser Fraktion
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in einen anderen mit Luft beladenen Adsorber überzuführen, daß keine mit Sauerstoff angereicherte Luft wieder aus diesem Adsorber austritt. Daraus folgt, daß die Größe der 1. Fraktion und das Adsorptionsvermögen der M-Kokse so aufeinander abgestimmt sein sollen, daß dieses Ziel stets annähernd erreicht wird. Diese zusätzliche Beladung läßt sich im übrigen sehr rasch durchführen und ist im allgemeinen bereits nach 5-20 see, vorzugsweise 9-17 see, beendet.
Die 2. Fraktion des 1. Adsorbers stellt die gewünschte an Sauerstoff angereicherte Luft mit 40 - 90 YoI.^ Sauerstoff dar, vorausgesetzt, daß dieser 1. Adsorber bereits vorher die Rolle des besagten anderen Adsorbers übernonmien hatte, d. h., daß der Zyklus bereits voll in Gang gekommen ist, worauf später noch einmal näher eingegangen werden soll.
Eine weitere Verbesserung des Anreicherungsgracles für Sauerstoff in Luft läßt sich überdies dadurch erreichen, daß vor der Entladung eines Adsorbers dieser kurzfristig für etwa 0,5 - 10, vorzugsweise 1-3 see, mit einem soeben völlig entladenen nachgeschalteten Adsorber verbunden wird. Diese Maßnahme ergibt überdies eine Ersparnis von Energie für den Betrieb der Gaspumpen.
Wenngleich die Einhaltung gewisser Betriebsseiten für die einzelnen Yerfahrensschritte von Wichtigkeit für die Erreichung der günstigsten Resultate ist, lassen sich diese einseinen Betriebszeiten in weiten Grenzen variieren, SId Zeitplan für den Betrieb von 4 Adsorbern kann wie folgt aussehen:
3Q9836A0576 " 6"
Adsorber
1.-30.sec. 30.-60.sec. 60.-90.sec.
Beladen
Zusätzl. Beladen
Entl.der Entl.der
2.Fraktion 1.Fraktion
Beladen
Entl.der Zusätzl. I.Fraktion Beladen
Entl.der
2.Fraktion
Beladen
90.-120.sec. Entl.der Entl.der Zusätzl. 2.Fraktion I.Fraktion Beladen
Zusätzl. Beladen
Entl.der 1.Fraktion
Entl.der 2.Fraktion
Beladen
Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß bei einem Betrieb mit 4 Adsorbern die 1. Fraktion des 1. Adsorbers direkt in den 2. Adsorber übergeführt werden kann, desgleichen auch vom 2. in den 3. usw., wie dies die Pfeile veranschaulichen.
Die einzelnen Zeitspannen für die Durchführung der verschiedenen Verfahrensschritte sind verständlicherweise abhängig von den Ad- und Desorptionsgeschwindigkeiten der Gase an M-Zoksen und auch abhängig von der Volumengröße der Adsorber sowie der Leistungsfähigkeit der Gebläse und Vakuumpumpen. Es ist daher erwünscht, daß hinsichtlich der Überführung der 1. Fraktion in den nachfolgenden mit Luft beladenen Adsorber eine zeitliche Unabhängigkeit gegehen ist. Diese wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die 1. Fraktion oder mehrere 1. Fraktionen in einen Vorratsbehälter gepumpt werden, dem er- findungsgemäß dieses an Sauerstoff angereicherte Gas entnommen und einem nächsten Adsorber zugeführt werden kann.
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Durch nähere Untersuchungen wurde überraschenderweise gefunden, daß es vorteilhaft ist, daß dieser Vorratsbehälter die Form eines Rohres besitzt, wodurch erreicht vd.rd, daß jede 1. Fraktion mit dem gleichen Konzentrationsprofil, mit dem sie einem Adsorber entnommen wird, zur weiteren Beladung in einen 2. Adsorber übergeführt werden kann., "worduroii das Endergebnis günstig beeinflußt wird»
Die Hinzuziehung eines Vorratsbehälters für nur, eine Fraktion, der also ein Volumen besitzt, das dem Volumen einer unter Normaldruck stehenden 1. Fraktion besitzt, ist ausreichend für eine besonders vorteilhafte Ausfuhrungsfera cl?r Erfindung, die mit nur zwei Adsorbern arbeitet, iiine AnIaae svir- Durchführung dieser Ausführungnf orE. sea anland dea fa/?f 1 isr oeigefügten Zeichnung näher erläutert:
Sie besteht im wesentliche.-;, aair ρ sr^ :._.;/;. ,,.-aaarn;:-^ Ab sorbern 1 und 2 und einem Torr a '...r.-d. if-'.. .■».·.. r " f. ■'.£ u,':-.τ- .aanr-
leitungen 4 und 1? und Ventil·-.· f. <-.' mc. ': ·: :.:d:; a.;a:a.;a farad?? 3: für die Einleitung von Luft bzw, lie · ... ar ■. ;.:,-;..'.-,- und ΐίΰ;5Γ Rohr· leitungen 9 und 11 sowie Ventile 7 ur ■! a -,^ r: a;i3- Τκΐ^ν,ΐϊ-pumpe 10 für die Abführung von an Sauerstoff Yerariri^p Luft (Abgas) und von an Sauerstoff eeigee^ei-aeraer La:ft τβΓ-bunden sind, während die Vakuumpumpe föar deo.r«ei":a:}?;eii "iiSj 13 und Ventile 12 und 14 zur Überführung d;.a ": , J:afrt;.ioi: ebenfalls mit dein Vorratsbehälter v^r-.buiide·;:- aaa,
Zur Ingangsetzung der Anlage v/frd. an_ v^= dur:,-.;:: afa falfsi:. mit M-Koks gefüllten Adsorber · u..da: über aaa Jebde.si ?, die Leitung 4 und die Ventile 5 ee:ai ■:" züsz efa.aai "7vr-'Irujl: you ζ, B. 0,1 atu etwa eine Minute xaras ,fufa aealaaer» Di5 an Sauerstoff verarmte Luft "eerlada; öle "..daorbai1 al,? i-:Av^:-\Ä über die Ventile 7 und. 8 und die LeiH':ur.g f. fairef ..ifisaa-aei: IA;^
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die Vakuumpumpe 10 und entsprechende Stellung des Ventils und Schließung der Ventile 6 und 7 wird nun aus dem Adsorber 2 die 1. Fraktion über Leitung 11 und 11a abgezogen bis der Druck im Adsorber 2 ζ. Β. 300 Torr beträgt. Diese Fraktion - und das gilt nur für die Ingangsetzung des Betriebes - wird als Abgas über Ventil 12 entfernt. Anschließend wird die 2. Fraktion, die durch Abpumpen bis z. B. auf etwa 40 Torr aus dem Adsorber 2 entnommen wird, über Ventil 12, Leitung 13 und Ventil 14 in den Vorratsbehälter 15 gsLeitet, da bei Ingangsetzung der Anlage nur die 2. Fraktion und nicht die 1. Fraktion einen erhöhten Op-Gehalt besitzt,
Selbstverständlich kann für die Ingangsetzung des Betriebes auch ein etwa 25 - 40 Vol.% O2 enthaltendes Luft-Og-Gemisch aus anderer Quelle verwendet werden.
Zur Überführung der 2. Fraktion - also immer noch Ingangsetzung des Betriebes - aus dem Vorratsbehälter 15 in den Adsorber 1 wird nun Luft über Leitung 4 und Ventil 14 in den Vorratsbehälter 15 gedrückt, wodurch die 2. Fraktion über Ventil 16, Leitung 17 und Ventil 5 in den Adsorber 1 gedrängt wird.
Die Überführung einer Fraktion aus dem Vorratsbehälter in einen Adsorber erfolgt also durch Luftschub, so daß die dadurch in den Vorratsbehälter gelangte Luft durch die beim nächsten Zyklus übergeführte Fraktion wieder aus dem Vorratsbehälter hinaus und in einen nächsten Adsorber oder über Leitung 19 ins Freie gedrängt wird.
Im Adsorber 1 erfolgt nunmehr die zusätzliche Beladung der M-Koks-Füllung unter gleichzeitigem Ausstoß entsprechender Mengen an Luft, die al s Abgas über Ventil 7 und Leitung 9
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entfernt wird. Im übrigen wird der Adsorber 2 erneut mit Luft beladen.
Nunmehr ist der erfindungsgemäße Zyklus in Gang gesetzt: Aus Adsorber 1 wird eine 1. Fraktion (etwa 25 - 40 % Op) entnommen, die zur zusätzlichen Beladung über Yentil 7» Leitung 11, 11a, 13 und Yentil 14 dem Vorratsbehälter 15 sowie die Ventile 16, Leitung 17 und Yentil 6 durch Luftschub dem Adsorber 2 zugeführt wird. Durch diese Maßnahme wird Luft aus dem Adsorber 2 gedrängt und als Abgas über die Ventile und Leitung 9 abgeführt (oder zur Beladung des Adsorbers 1 herangezogen). Ferner wird nach der 1. Fraktion die 2. Fraktion dem Adsorber 1 entnommen und als Produktgas abgeführt.
Während der Überführung und des Aufenthalts der 1. Fraktion im Vorratsbehälter 15 wird, wie gesagt, der Adsorber 2 mit Luft beladen. Im Zeitpunkt des Beginns der Entladung des Adsorbers 1 und der Beladung des Adsorbers 2 kann über Ventil 18 der bereits erwähnte Druckausgleich zwischen beiden Adsorbern herbeigeführt werden. Nach Abschluß der Überführung der besagten 1. Fraktion in den Adsorber 2 wird der Adsorber 2 in zwei Stufen entladen, wie vorher mit dem Adsorber 1 geschehen, während der Adsorber 1 beladen wird.
Ein anschauliches Schema über den ungefähren zeitlichen Ablauf dieses Betriebs gibt Fig. 2 der beigefügten Zeichnung. Danach ist ein vollständiger Zyklus nach 240 Sekunden beendet. Im einzelnen hat sich gezeigt, daß für Adsorber mit je etwa 0,5 - 20 m Fassungsvermögen mit den folgenden bereits erwähnten Betriebszeiten sehr gute Ergebnisse erzielt werden können.
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Beladen: 20 - 180, vorzugsweise 60 - 140 sec.
Entladen der 1. Fraktion: 2-20 see, vorzugsweise 9 - 17 see.
(entsprechende Drucke: von etwa bis hinunter auf 400 - 200 Torr)
Entladen der 2. Fraktion: 20 - 180 see, vorzugsweise 60 -
140 see.
(entsprechende Drucke: von etwa bis auf 200 auf 100 - 15 Torr, vor- \ zugsweise 50 - 30 Torr)
Zusätzliches Beladen mit der 1. Fraktion: 5-20 see, vorzugsweise 9-17 see.
Diese Zeiten setzten selbstverständlich geeignete Gebläse und Gaspumpen voraus, deren Leistungsfähigkeit der Größe der jeweiligen Adsorber angepaßt ist.
Die Hinzuziehung des Vorratsbehälters für die 1. Fraktion ermöglicht überdies die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem einzigen Adsorber, der also die Rolle des 1. und des 2. Adsorbers übernimmt. Sobald dieser einzige Adsorber vollständig entladen ist, wird er"ebenfalls sofort, neu mit Luft beladen, während die 1. Fraktion so lange imjrprratsbehälter festgehalten wird, bis die Beladungsstufe zum Abschluß gebracht ist. Erst danach erfolgt die Einführung der 1. Fraktion in diesen einzigen Adsorber und die Fortsetzung des Verfahrens in der bisherigen Weise mit diesem einen Adsorber.
Die Anwendung von zwei und mehr Adsorbern hat gegenüber einem Betrieb mit einem einzigen Adsorber jedoch den Vorteil, daß die Gas- und Vakuumpumpen ununterbrochen betrieben und insofern besser ausgenutzt werden können, so daß beim Betrieb von zwei und mehr Adsorbern lediglich die Ventile ggf. über eine Programmsteuerung betätigt werden müssen.
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Man erzielt Je nach gewählter Größe der 1. Fraktion sauerstoffhaltige Gase mit 40 - 90 % Sauerstoff unter ainem Energieaufwand, der niedriger ist als der von vergleichbaren Tiefkühldestillationsanlagen. Selbstverständlich ist das Verfahren nicht auf die Verarbeitung von Luft beschränkt, vielmehr kommen auch andere Gase in Betracht, in denen neben dem Sauerstoff Gase mit größerem Molekül enthalten sind.
Falls eine noch höhere Anreicherung an Sauerstoff mit 90 % Sauerstoff und darüber erreicht werden soll, kann man die erfindungsgemäßen Produktgase nochmals über einen mit M-Koksen gefüllten Adsorber schicken. Selbstverständlich kann man stattdessen auch das 40-90 %igQ Gas über einen mit Zeolithen gefüllten Adsorber schicken, da die erfindungsgemäß erhaltenen Produktgase im Zuge des Verfahrens ausreichend getrocknet und gereinigt werden und insofern ein gutes Ausgangsgas für die Adsorption des Stickstoffs aus diesen Gasen mit Zeolithen darstellen.
Beispiel 1
Zwei mit M-Koks gefüllte Adsorber mit einem Fassungsvermögen von je 0,5 m werden wechselseitig in einem zyclischen Betrieb jeweils 75 see. lang mit je 3,8 Nm Luft mit einem Vordruck von 0,03 atü durchströmt. Jeder einzelne Adsorber wird anschließend (mit einer Zeitdifferenz von etwa 180 see.) mit einer 2. Fraktion zusätzlich beladen und daran anschließend in zwei Stufen wieder entladen. Für eine zusätzliche Beladung mit einer 1. Fraktion werden 15 see. benötigt. Die Entladung der 1. Fraktion wird durch Anlegen eines Vakuums nach 14 see. beendet. Die Entladung beträgt jeweils 59 % des ge-
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samten in jedem Adsorber aufgrund der Beladung mit Luft und mit der 1. Fraktion adsorbierten Volumens. Die ,Op-Durchschnitts-Konzentration in der 1. Fraktion beträgt 38,7 % O2. 49 161.% =0,45 Nm5 = 0,225 Nm5Je Adsorber werden als Produkt abgeführt. Dieses Gas besitzt einen Sauerstoffgehalt von 81,7 Vol.%.
Beispiel 2
Zwei mit einem anderen M-Koks geringerer Selektivität, jedoch größerer Kapazität gefüllte Adsorber mit einem Fassungsvermögen von je 3 m werden wechselseitig in einem zyclischen Betrieb jeweils 38 see. lang mit 15 Nm Luft mit einem Vordruck von 0,2 atü durchströmt. Jeder Adsorber wird anschließend mit einer Zeitdifferenz von etwa 90 sec. (mit einer 1. Fraktion) zusätzlich beladen und daran anschließend wieder in zwei Stufen entladen. Für die zusätzliche Beladung mit einer 1. Fraktion werden 7 see. benötigt. Die Entladung der 1. Fraktion durch Anlegen eines Vakuums wird nach 4 see. (320 Torr) beendet. Die Entladung der 2. Fraktion dauert 41 see. (40 Torr). Das Volumen der 1. Fraktion beträgt jeweils 35 % des gesamten in jedem Adsorber aufgrund der Beladung mit Luft und der zusätzlichen Beladung mit der 1. Fraktion adsorbierten Volumens. Die Op-Durchschnitts-Konzentration in der 1. Fraktion beträgt 26 % O0.
•z
65 Vol.% =5,5 Nnr werden als Produkt abgeführt. Dieses Gas besitzt einen Sauerstoffgehalt von 45,5 Vol.%.
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Beispiel 3
Ein mit M-Koks gefüllter Adsorber mit einem Fassungsvermögen von 6 nr wird 3 Minuten lang mit 60 Nur Luft mit einem Vordruck von 0,1 atü durchströmt. Nach Schließen des Eingangsventils werden aus dem Adsorber 50 % des adsorbierten Volumens entsprechend 3>7 Nnr Gas mit der Vakuumpumpe (380 Torr) abgesaugt und als Abgas abgeführt. Daran anschließend werden als 2. Fraktion nochmals 3,7 Nnr durch Vakuumanlegung bis herab zu 30 Torr abgezogen und in einen rohrförmigen Vorratsbehälter abgepumpt.
Der Adsorber wird wiederum 3 Minuten lang von 60 Nnr Luft durchströmt. Anschließend werden 3,7 Nnr des Vorratsbehälters in den Adsorber geleitet. Dies ist nach 20 see. beendet .
Nunmehr wird wiederum 50 % des adsorbierten Gasvolumens mit der Vakuumpumpe aus dem Adsorber abgezogen und diese 1. Fraktion (32,3 % O2 im Mittel) in den Vorratsbehälter übergeführt. Daran anschließend wird die 2. Fraktion als Produktgas aus
"Z
dem Adsorber abgezogen: 3,7 Nm, 78 %iger Sauerstoff.
Der Adsorber wird erneut mit Luft und der 1. Fraktion des Vorratsbehälters gefüllt und der Betrieb in der Weise fortgesetzt, daß die 1. Fraktion aus dem Adsorber in den Vorratsbehälter geführt, die 2. Fraktion als Produktgas gewonnen und sodann der Adsorber wieder mit Luft gefüllt wird.
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Claims (14)

Patentansprüche
1) Verfahren zur Anreicherung von Sauerstoff in Luft oder ähnlichen Gasen durch selektive Adsorption des Sauerstoffs aus diesen Gasen an Molekularsiebkoksen und anschließende Desorption der adsorbierten an Sauerstoff angereicherten Gase durch Druckerniedrigung, dadurch gekennzeichnet, daß die Anreicherung des Sauerstoffs in einem wechselseitigen Zyklus zwischen Beladen und Entladen von mit Molekularsiebkoksen gefüllten Adsorbern erfolgt und und nach dem Beladen eines Adsorbers 30 - 7.0 Vol.% des gesamten Gasinhalts des Adsorbers als 1. Fraktion in einen anderen Adsorber überführt werden, nachdem in dem besagten anderen Adsorber der Molekularsiebkoks mit Luft beladen war und bevor derselbe wieder entladen wurde, während aus dem 1. Adsorber durch weitere Desorption das restliche Gasvolumen durch Fortsetzung der Entladung als 40 - 90 %±ßer Sauerstoff gewonnen wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Beladung mit Luft 20 - 180 sec, insbesondere 60 - 140 sec. beträgt.
3) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beladung der in den Adsorbern befindlichen Molekularsiebkokse durch Hindurchleiten von Luft bis zum Wiederaustritt von Luft der Eingangszusammensetzung erfolgt.
4) Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladen der 1. Fraktion durch Unterdruck von etwa 750 bis hinab auf 400 - 200 Torr bzw. durch Anlegen von Unterdruck während 2-20 see, vorzugsweise 9-17 see, durchgeführt wird.
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5) Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladen der 2. Fraktion durch Yakuumdesorption im Unterdruckbereich von 40C - 200 Torr bis hinab auf 100 15, vorzugsweise 50 - 30 Torr und im Zeitbereich innerhalb 20 - 180 see, vorzugsweise 90 - 140 see, durchgeführt wird,
6) Verfahren nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks zusätzlicher Beladung der Molekularsiebkokse mit einer 1. Fraktion durch Einleiten derselben in den entsprechenden Adsorber eine so große Menge dieser Fraktion übergeführt wird, daß keine bereits mit Sauerstoff angereicherte Luft wieder aus dem mit der 1. Fraktion beladenen Adsorber verdrängt wird.
7) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beladung mit einer 1. Fraktion nach etwa 5-20 see., vorzugsweise 9-17 see, beendet ist.
8) Verfahren nach Anspruch 1-7» dadurch gekennzeichnet, daß die 1. Fraktion oder mehrere 1, Fraktionen über einen Vorratsbehälter von einem zum nächsten Adsorber geführt wird.
9) Verfahren nach. Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter röhrenförmig ausgebildet ist,
10) Verfahren nach Anspruch 8 und 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter ein Volumen besitzt, daß dem Volumen einer unter Normaldruck stehenden 1, Fraktion entspricht.
11) Verfahren nach Anspruch 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Überführung der 1. Fraktion aus dem Vorratsbehälter in einen Adsorber durch Luftschub erfolgt und die dadurch in den Vorratsbehälter gelangte Luft durch die nachfolgende
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1. Fraktion aus dem Vorratsbehälter hinaus und in einen nächsten Adsorber oder ins Freie gedrängt wird.
12) Verfahren nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei oder mehr Adsorbern vor dem Entladen eines Adsorbers dieser kurzfristig mit einem gerade völlig entladenen Adsorber zwecks Druckausgleich verbunden wird.
13) Verfahren nach Anspruch 8-12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren an einem einzigen Adsorber durchgeführt wird.
14) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1-13, gekennzeichnet durch parallel geschaltete Adsorber (1) und (2) und einen Vorratsbehälter (15), die über Rohrleitungen (4) und (17) und Ventile („), (6) und (16) mit einem Gebläse (3) für die Einleitung von Luft bzw. die 1. Fraktion und über Rohrleitungen (9) und (11) sowie Ventile (7) und (8) mit einer Vakuumpumpe (10) für die Abführung von an Sauerstoff verarmter Luft (Abgas) und von an Sauerstoff angereicherter Luft verbunden sind, während die Vakuumpumpe über Rohrleitungen (11a), (13) und Ventile (12) und (14) zur Überführung der 1. Fraktion ebenfalls mit dem Vorratsbehälter verbunden ist. .
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DE3146189A1 (de) * 1981-11-21 1983-05-26 Leybold-Heraeus GmbH, 5000 Köln Verfahren zum betrieb einer druckwechselanlage und nach diesem verfahren arbeitende druckwechselanlage

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