DE2214820B2

DE2214820B2 - Verfahren zur abtrennung von stickstoff aus luft

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Publication number: DE2214820B2
Application number: DE19722214820
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-03-27
Filing date: 1972-03-25
Publication date: 1977-10-06
Also published as: IT950699B; JPS543822B1; FR2132089A1; CA968280A; DE2214820A1; GB1353298A; US3797201A; DE2214820C3; FR2132089B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abtrennung von Stickstoff aus Luft, bei dem die Luft in einer Adsorptionsstufe durch eine mit einem Einlaß und einem Auslaß versehene und ein Adsorptionsmittel enthaltende Adsorptionssäule geführt wird, bis das Gasgemisch am Auslaß die gleiche Zusammensetzung wie die Luft am Einlaß besitzt und bei dem in einer Desorptionsstufe der leichter adsorbierbare Stickstoff durch Desorption unter vermindertem Druck gewonnen wird.

In der DT-OS 15 44 152 ist ein verbessertes Adsorptionsverfahren zum Abtrennen mindestens einer Gaskomponente aus einem Gasgemisch durch Anwenden mindestens eines Kreisprozesses beschrieben, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß der Kreisprozeß eine Desorptionsstufe zur Abgabe von an Adsorbentien in einem Adsorbergefäß adsorbierten Gasen und eine beladene Adscrpüonsstufe, bei der das tu trennende Gasgemisch eingeführt wird, umfaßt, wobei die aus dem Gasgemisch abzutrennende Gaskomponente durch Ausnutzen der Differenz im Adsorptionsvermögen des Adsorbens zu der im Gasgemisch enthaltenen Gaskomponenten getrennt wird, indem man hinter der Desorptionsslufe und vor der beladenen Adsorptionsstufe in das Gefäß ein Gas einführt, welches hauptsächlich eine Gaskomponente enthält, die vom Adsorbens weniger adsorbierbar ist.

Der Unterschied zwischen dem in der DT-OS 15 44152 angegebenen Verfahren und dem bei der vorliegenden Erfindung beanspruchten Verfahren besteht darin, daß zwischen der Adsorptionsstufe, bei welcher Stickstoff aus Luft adsorptiv abgetrennt wird und der Desorptionsstufe, bei der das Adsorptionsmittel vom adsorbierten Stickstoff durch Evakuieren wieder

befreit wird, das beladene Adsorptionsmittel mit den leichter adsorbierbaren Bestandteil, also Stickstoff gespült wird.

In der US-PS 32 79 153 ist ein Verfahren beschrieben um eine schwierig zu adsorbierende Gaskomponenu aus einem Gasgemisch, welches überwiegend aus lciclv adsorbierbaren Gaskomponenten besteht, unter Ver wendung eines Adsorptionsmittel, abzutrennen unc zurückzugewinnen. Wie schon eingangs in der vorlie genden Beschreibung angegeben ist, bezieht sich dk Aufgabe der vorliegenden Erfindung auf ein Verfahrer zur Abtrennung von Stickstoff aus Luft. Demgegenübei sollen beim Verfahren nach der US-PS 32 79 153 solche Gasgemische angereichert oder getrennt werden, die aus leichteren Komponenten mit einem normaler Siedepunkt von etwa -240⁰C (wie Helium, Wasserstofl und Neon) und aus schwereren Komponenten mil einem normalen Siedepunkt von etwa -184"C unc aufwärts (wie Stickstoff, Sauerstoff, seltenen Edelgasen Methan und leichten Kohlenwasserstoffen, Kohlenoxiden, Stickoxyden, Gase organischer und anorganischer Verbindungen von Kohlenstoff, Schwefel, Chlor oder natürliche oder künstliche Gasgemische jeglicher Art] bestehen sollen. Im dortigen Beispiel wird die Anreicherung von Helium (als leichte Komponente) in Heliiim-Stickstoff-Gemischen (Stickstoff als schwere Komponente) mit Heliumgehalten von 1,5-3,5% beschrieben.

Das bereits in der DT-OS 15 44152 genannte Verfahren zielt auf die Gewinnung der weniger leicht adsorbierbaren Gaskomponente. Wenn dieses bekannte Verfahren verwendet wird, um die leicht adsorbierbare Gaskomponente zu gewinnen, das bedeutet, Abtrennen der Gaskomponente, die an dem Adsorbens adsorbiert ist in einer Desorptionsstufe unter einem verminderter Druck, ist es schwierig, in zufriedenstellender Weise eir hochreines Produkt zu erhalten.

Ein Ziel dieser Erfindung ist es, ein Verfahren zurr Abtrennen von Stickstoff in einem hochreinen Zustanc aus Luft in einem industriellen Maßstab zur Verfügung zu stellen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zui Abtrennung von Stickstoff aus Luft, bei dem die Luft ir einer Adsorptionsstufe durch eine mit einem Einlaß unc einem Auslaß versehene und ein Adsorptionsmitte enthaltende Adsorptionssäule geführt wird, bis da; Gasgemisch am Auslaß die gleiche Zusammensetzung wie die Luft am Einlaß besitzt und bei dem in einei Desorptionsstufe der leichter adsorbierbare Stickstof durch Desorption unter vermindertem Druck gewon nen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptions säule vor der Desorptionsstufe mit reinem Stickstof unter dem gleichen Druck wie in der Adsorptionsstufe gespült wird.

Vorzugsweise wird beim Verfahren der Erfindung nach der Desorptionsstufe vor der Einführung der Luf Sauerstoff in die Adsorptionssäule eingeleitet, bis dei innendruck der Adsorptionssäule den Druck in dei Adsorptionsstufe erreicht.

Bei der Durchführung des Verfahrens der Erfindunj wird das hochreine Spülgas, nämlich Stickstoff, vor einer äußeren Gasquelle oder einem Tank in der erster Stufe zugeleitet. Aber von der zweiten Stufe ab kann da: in der Desorptionsstufe gewonnene Gas dafür verwen det werden. Durch Verwendung eines spezifischer Adsorbens, wie es nachfolgend noch beschrieben wird kann hochreiner Stickstoff und hochreiner Sauerstof aus der Luft abgetrennt werden.

_soll die Erfindung unter Bezugnahme auf die - .Iren in der Zeichnung erläutert werden.

F^-B 1 '1^{51 cme} Vorrichtung mit einer Adsorptions- -Il mit einer Füllung aus einem Adsorbens 2 teilt um eine Adsorpüonseinhei; zu bilden. Die ^4<"""^eS >nssäule 1 ist mit einer Einlaßleitung 4, welche v'ntil 3 hat, und einer Auslaßleiuing fe mit einem

^"wird^ie Trennung von Stickstoff oder Stickstoff

d Sauerstoff aus Luft unter Verwendung des "> Adsorbens erläutert. ■■,..··

η r Einlaß 4 der Adsorptionssaule 1, die ein

aH nrbens mit einer höheren Adsorptionskraft zu

QtVkstoff als zu Sauerstoff enthält, wird mit einer

Ah«uBPumpe (nicht dargestellt) verbunden, uncl das '<

ν t^;l 3 wird geöffnet, während das Ventil 5 geschlossen

t So wird die Säule mit Hilfe der Absaugpumpe

kuiert um die Komponenten, die an dem Adsorbens

^nrbiert _sind, zu entfernen. Danach wird Luft, welche

Feuchtigkeit und Kohlendioxyd zuvor befreit -'·" !orden ist (nachfolgend als vorbehandelte Luft oder ach Luft in dieser Beschreibung bezeichnet) in die Adsorptionssäule durch den Einlaß 4 eingeführt. Wenn Hr innere Druck der Adsorptionssäule Normaldruck erreicht wird das Ventil 5 geöffnet und die Einleitung *?

η Luft wird weiter fortgesetzt. Dadurch wird Stickstoff aus der Luft an dem Adsorbens adsorbiert und ein mit Sauerstoff angereichertes Gas wird am Auslaß 6 aus der Säule abgezogen. In diesem Fall ist das so bezogene Gas nicht so rein, daß es für industrielle ,< 7wecke Verwendung finden kann, falls erforderlich, kann das Gas abgetrennt werden. Wenn die Komponente des Gases am Einlaß 4 fast die gleiche Zusammensetzte wie jene des Gases an dem Auslaß 6 hat, wird die Einleitung von Luft gestoppt. Danach beginnt ein reines Stakstoffgas von einer äußeren St.ckstoffquelle in die Mule 1 durch den Einlaß 4 einzutreten. Der Druck in der Säule ist dabei der gleiche wie bei der Einführung der Luft Auch da das Ventil 5 am Auslaß 6 der Säule sich in einem offenen Zustand befindet, wenn die Einführung ■ Her Luft fortgesetzt wird, wird der Gasüberschuß durch das Ventil 5 aus dem Auslaß 6 der Adsorptionssläule 1 abeeleitet. Durch den Arbeitsvorgang verbleibt Sauerstoff in der Luft in der Säule und das Adsorbens wird durch das Stickstoffgas gespült. In diesem Falle kann das Spülgas in die Adsorptionssäule von einer Seite der Säule eingeführt werden. Zum Beispiel werden gleiche Ergebnisse erhalten, wenn das reine Stickstoffgas in ehe Säule von der Zuleitung 6 eingeführt wird und aus der I eitune 4 abgeleitet wird.

Wenn nahezu kein Sauerstoff in dem Gas an dem Auslaß 6 vorhanden ist, in dem Falle der Einführung des sSckstoffgases von dem Einlaß 4, wird die Einführung von Stickstoffgas gestoppt. Das Ventil 5 wird geschlossen und dann wird die Säule 1 durch den Auslaß 4 evakuiert, wodurch der Stickstoff in der Säule und an dem Adsorbens adsorbiert abgetrennt wird. Dieser Arbeitsvorgang kann durchgeführt werden durch Schließen des Ventils 3 und Evakuieren von der Leitung abgetrennt werden. Dies bedeutet, nach Durchführung der Desorptionsstufe an der Adsorptionssäule 1 wird reiner Sauerstoff in die Säule von einer äußeren .Sauerstoffquelle eingeführt, und 'wenn der eingeführte Sauerstoffdruck in der Säule Normaldruck erreicht, wird Luft von dem Einlaß 4 eingeführt, und zu der gleichen Zeit wird hochreiner Sauerstoff aus dem Auslaß 6 gewonnen. In der Stule ist Stickstoff an dem Adsorbens adsorbiert. Jedoch bevor Stickstoff beginnt in der Gaszusammensetzung an dem Auslaßendc der Säule anwesend zu sein, wird die Einführung von Luft gestoppt, und dann wird reiner Stickstoff in die Säule von dem Einlaß 4, wie es vorstehend schon erläutert worden ist, eingeleitet. Dann kann durch Durchführung - des gleichen Verfahrens, wie vorstehend erläutert, reiner Stickstoff abgetrennt werden. Dies bedeutet, daß gewünschte Mengen an reinem Sauerstoff und reinem Stickstoff aus Luft abgetrennt werden können, indem man das vorstehend genannte Verfahren wiederholt. • Für die Abtrennung von Stickstoff aus Luft und gleichzeitig die Gewinnung von hochreinem Sauerstoll wird vorteilhaft ein Adsorptionsmittel eingesetzt, das durch Entwässerung eines Tuffgesteins hergestellt worden ist, welches aus SiO₂, AI₂O₃ und H₂O besteht und s welches 1 bis 10Gew.-% Alkalimetall- und Erdalkalimetalloxide enthält und das Röntgenstrahlenbeugungsbilcl gemäß Tabelle 1 oder Tabelle 2 besitzt.

Tabelle 1

Gitteremfernung

13,9
9,1
6,6
6,5
6,1
5,83
4,55
4,30
4,26
4,08
' 4,05
4,01
3,85
3,81
3,77
3,48
3,40
3,35

± 0,1
± 0,1
± 0,1
± 0,1
± 0,1
± 0,05
± 0,05
± 0,10
± 0,10
± 0,10
± 0,10
± 0,05
± 0,03
± 0,10
± 0,05
± 0,03
± 0,03
± 0,10

bei der vorstehend genannten Arbeitsweise kann hochreiner Stickstoff abgetrennt werden, und auch eine gewünschte Menge von solch hochreinem Stickstoff kann erhalten werden, indem man das Verfahren

t.

in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können beide von hoher Reinheit, nämlich hochreiner Stickstoff und hochreiner Sauerstoff aus Luft

Tabelle 2

Gitteremlemung

4,08 ±0,10
4,05 ± 0,10
3,98 ± 0,05
3,85 ± 0,05
3,81 ±0,10
3,77 ± 0,05
3,47 ± 0,03

3.34 ± 0,10

3.35 ± 0,03

Intensität
10 l/h

2
4
4
2

0-5

0-2

0-4

0-6

0-4

10
5
0-8

Intensität
10 lh

0-4
0-6
10
2

0-4
2
7

0-8
5

Gitterentfernung

3,23 ± 3,10 ± 2,90 ± 2,85 ± 2,71 ± 2,58 ± 2,53 ± 2,49 ± 2,47 ± 2,45 ± 2,04 ± 1,96 ± 1,88 ± 1,82 ± 1,82 ± 1,79 ± 1,53 ±

0,03

0,02

lmensitiii 10 I/la

0-1 3 0-2

0-4

0-3

0-2

■>

0-2

Gitierenil'eniung

2,49 ± 0,03

2,47 ± 0,03

2,46 ± 0,02

2,45 ± 0,03

2,02 ± 0,02

1,95 ± 0,02

1,87 ± 0,02

1,81 ± 0,02

1,72 ± 0,02

-ortset/iiniz

Gitter-	Intensität	Gitter-	Intensität
entfernung		entfernung
Ä	10 I/Io	Ä	10 ///ο
9,10 ± 0,1	7	3,18 ± 0,03	4
7,99 ± 0,1	4	3,15 ± 0,03	4
6,82 ± 0,1	2	2,99 ± 0,03	0-1
5,85 ± 0,08	5	2,98 ± 0,03	4
5,29 ± 0,08	2	2,89 ± 0,03	4
5,12 ± 0,05	3	2,85 ± 0,03	0-2
4,67 ± 0,05	2	2,81 ± 0,03	3
4,30 ±0,10	0-5	2,74 ± 0,03	1
4,26 ±0,10	0-2	2,53 ± 0,02	2
3,22 ± 0,03	4

Das Material, welches in der Tabelle 1 definiert ist, kommt hauptsächlich in den Tohoku- und Chugoku-Distrikten in Japan vor und das Material, welches in der Tabelle 2 definiert ist, kommt in den Tohoku- und Kyushu-Distrikten vor.

Da das vorstehend beschriebene Adsorbens, welches in der spezifischen Ausführungsform benutzt wird, durch ein einfaches Verfahren aus einem natürlich in großen Mengen vorkommenden Gestein hergestellt werden kann, wird ein Großteil des Adsorbens mit geringeren Kosten erhalten, als jene Adsorbcntien, wie Silikagel, Aluminiumoxyd oder aktivierte Kohle. Außerdem ist die Adsorptionskraft des Adsorbens zu Stickstoff im allgemeinen höher als jene vom Molekularsieb 5 A, von dem angenommen wird, daß es das höchste Adsorptionsvermögen unter den synthetischen Zeolithen bei gleicher Temperatur und Druck besitzt. Im besonderen ist das Adsorptionsvermögen des Adsorbens, hergestellt aus dem Tuff mit dem in der Tabelle 1 dargestellten Röntgenstrahlenbeugungsbild, 2,5mal höher als jenes des Molekularsiebes 5 A.

Die vorstehend genannte Dehydratatinnsbehandlung für das Gestein wird durchgeführt, um das dem Gestein anhaftende Wasser und das Kristallwasser des Gesteins zu entfernen. Diese wird im allgemeinen durch Erhitzen des Gesteins auf etwa 350 bis 700⁰C, vorzugsweise auf 400 bis 600⁰C, durchgeführt.

In der Vergleichsuntersuchung und in den Beispielen 1 und 2 werden die durch Behandlung der natürlich vorkommenden Tuffgesteine hergestellten Adsorbcntien verwendet, um Stickstoff aus der Luft abzutrennen und gleichzeitig Sauerstoff zu gewinnen.

Die Vergleichsiintersuchung wurde geniiiß einem herkömmlichen Verfahren durchgeführt, wilhrend die Beispiele 1 und 2 nach dem erfindungsgemalkn Verfahren durchgeführt wurden.

Vergleichsuntcrsuchung

Eine Desorptionssilulc mit einem Innendurchmesser von 5 cm und einer Lunge von 140 cm wurde benutzt. Das verwendete Adsorbens besaß folgende Zusammensetzung: SiOj 69,86%, AbO) 11,70%, IxjO, 1,76%, MgO in Spuren. CaO 1,72%, Nu,O 2,94%, Κ,,Ο 1,79% und I IjO IO,7b% und ein Röntgenstrahlungsbeugungsbiid entsprechend Tabelle 1.

Das Gestein wurde bis zu einer Korngröße von l,d bis 0,6 mm pulverisiert und für eine Stunde auf .^r>50"(." erhitzt, während trockene Luft darübergeleitet wurde. Danach wurden 2,35 kg von diesem Produkt in die vorstehend genannte Säule eingefüllt. Die Adsorptionssäule wurde mit einer Vakuumpumpe verbunden, und die Säule wurde evakuiert, bis der Innendruck der Säule 50 mm Hg erreichte. Dann wurde Luft, aus der Feuchtigkeit und Kohlendioxyd entfernt worden waren, in die Säule, bis ein Normaldruck erreicht wurde, eingeleitet, und danach ließ man die Luft weiter durch

ίο die Säule mit einer Geschwindigkeit von 3 Litern pro Minute hindurchtreten. In diesem Fall ist der Innendruck der Säule nahezu bei Atmosphärendruck aufrechterhalten worden. Die Maximumkonzentration des Sauerstoffs, in dem aus der Säule austretenden Gas,

is betrug 65%, und wenn das aus der Säule austretende Gas gesammelt wurde, bis. die Konzentration einen Sauerstoffgehalt von 35% erreichte, betrug das Volumen davon 6,3 Liter. Die mittlere Konzentration des Sauerstoffs in dem abgetrennten Gas betrug 53%.

Ebenso, wenn die Einführung der Luft fortgesetzt wurde, bis der Gehalt an Sauerstoff in dem Gas an dem Auslaß 22% erreichte, betrug das Volumen des Gasproduktes, welches gewonnen wurde, 11,7 Liter und die mittlere Sauerstoffkonzentration betrug 41 %.

;s Bei der Desorption durch Evakuieren der Säule bis auf 50 mm Hg wurden 21,1 Liter eines Gases (Normaldruck) erhalten mit einem Stickstoffgehalt von 91,5%.

_w Beispiel 1

Das gleiche Verfahren wie bei der Vergleichsuntersuchung wurde durchgeführt, jedoch mit der Ausnahme, daß nach Beendigung der Einführung von Luft in die Säule, Stickstoff mit 99,9% Reinheit in die Säule von

.vs einem Ende eingeleitet wurde, während man den Innendruck der Säule auf Normaldruck hielt und die Säule von dem entgegengesetzten Ende der Säule entladen wurde. Wenn 12 Liter Stickstoffgas in die Säule eingeführt waren, betrug der Gehalt an Sauerstoff in dem aus der Säule abgenommenen Gas etwa 1%. Danach wurde die Säule mit Hilfe einer Absaugpumpe evakuiert, bis der Druck 50 mm Hg erreichte. Das Volumen des gewonnenen Gases betrug 24,5 Liter und die mittlere Stickstoffkonzentration in dem Gas betrug

•15 99,94%.

Beispiel 2

Das gleiche Verfahren, wie im Beispiel 1 beschrieben, wurde ausgeführt, jedoch mit der Ausnahme, daß nach

M' der Desorptionsstufe vor der Hinführung der Luft Sauerstoff von 95%igcr Reinheit in die Säule eingeführt wurde, bis der Innendruck der Säule Normaldruck erreichte, wozu 10,7 Liter Sauerstoff erforderlich waren. Dann wurde Luft in die Säule eingefühlt, wilhrend man

ss den Innendruck der Säule auf Normaldruck hielt. Wenn das sauersloffrciche Gas aus der Siitilc austrat, wurde es gesammelt, bis der Gehalt an Sauerstoff in dem Gas am Auslaücndc der Sliulc 65% betrug. Das Volumen betrug 14,7 Liter und die mittlere Sauerstoffkonzentration des

(«> Gases betrug 9J%. Ebenso, wenn das Sauerstoffteiche Gas gewonnen wurde, bis die Konzentration an Sauerstoff in dem Gas an dem Auslaßetulc 21,5% erreichte, wurden 19,8 Liter des Gases erhalten, und die mittlere Sauerstoffkonzentration war 74%. Das VoIu-

<··. men von reinem Sticksloffgas, welches zum Spülen der Säule erforderlich war, und das Volumen und die Reinheit des Stickstoffgases, welches bei der l'lvakuicrtinpssliifi" gewonnen wurde, waren iialuv.u die j'Jcichen,

wie diese im Beispiel 1 erhalten wurden.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt das Spülen der Adsorptionssäule mit einem reinen Gas, welches die gleiche Zusammensetzung hat wie jene der leicht adsorbierbaren Komponente unter dem gleichen Druck, wie dies in dem Adsorptionsverfahren vor dem Arbeitsgang der Desorptionsstufe der Fall ist. Das für die Adsorptionssäule zum Spülen verwendete Gas kann von einer äußeren Quelle in der ersten Spülstufe zugeleitet werden. Zweckmäßig wird das aus der vorhergehenden Desorptionsstufe erhaltene Gas als Spülgas verwendet. Dies bedeutet, daß die Menge der leicht adsorbierbaren Komponente, die in einem Desorptionszyklus abgetrennt wird, die Menge des desorbierten Gases minus der Menge des benötigten Spülgases zum Spülen der Adsorptionssäule ist. Deshalb ist es erforderlich, um die leicht adsorbierbare Komponente wirksam und wirtschaftlich zu trennen, die Menge des Spülgases auf einen möglichst kleinen Betrag herabzusetzen.

Andererseits, wenn die Menge des Spülgases herabgesetzt wird, wird die weniger leicht adsorbierbare Komponente dazu neigen, in der Adsorptionssäule zu verbleiben und dadurch das desorbierte Gas in der Desorptionsstufe zu verunreinigen. Deshalb ist das in der Desorptionsstufe gewonnene desorbierte Gas als Spülgas in der nachfolgenden Spülstufe ungeeignet und es wird unmöglich, die leicht adsorbierbare Gaskomponente in einem hochreinen Zustand abzutrennen. Mit anderen Worten, wenn die Ausführungsform, die in der Fig. 1 dargestellt ist, in einem industriellen Maßstab ausgeführt wird, um die leicht adsorbierbare Gaskomponente in einem hochreinen Zustand zu erhalten, wird die Ausbeute derselben herabgesetzt.

Deshalb werden zur Durchführung des Verfahrens für ein industrielles und kontinuierliches Verfahren die in F i g. 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen als geeignet angegeben.

Gemäß F i g. 2 sind drei Adsorptionssäulcn 16,17 und 18 vorgesehen. Die Ziffern von 1 bis 15 stellen Ventile dar, 19 ist ein Zuführungsgebläse, 20 ein Gebläse für die leicht adsorbierbare Gaskomponente und 21 stellt eine Vakuumpumpe dar, die im Falle der Durchführung der Desorptionsstufe unter einem niederen Druck als Atmosphärcndruck Verwendung findet. Die Verwendung der Vakuumpumpe 21 ist nicht erforderlich, wenn die Adsorptionsstufe unter Druck durchgeführt wird und die Desorptionsslufc bei Normaldruck erfolgt. Weiterhin bedeutet die 25 einen Speisegaseinlaß, 24 ist der Auslaß für die leicht adsorbicrbarc Gaskomponente, 23 ist der Auslaß für die weniger leicht adsorbierbare Gaskomponente oder für ein mit tier weniger leicht adsorbierbaren Gaskomponentc angereichertes Gas. 26 ist ein Tank für die weniger leicht adsorbierbare Guskomponcnlc. Die Stellungen der Ventile 1 bis 15 in jeder Stufe sind in der Tabelle 3 dargestellt, in der das Zeichen (-t ) das Ventil in einer offenen Stellung und das Zeichen (-) das Ventil in einem geschlossenen Zustund darstellt.

Beispielsweise geht uns der Tabelle 3 und Fig. 2 hervor, daß die Adsorptionssaule 16 in dein Arbeitszyklus mit der Nr. I oder 2 desorbicrt wird und ehe Adsorptionssaule 17 dcsorbierl wird in dem Arbeitszyklus Nr. 3 oder 4 und die Adsorptionsslliile 18 in dem Arbeitszyklus Nr..") oder fi.

Weiterhin kann daraus entnommen werden, daß in dem Arbeitszyklus Nr. I der Tabelle 3 die Adsorptionssiliilc 16 sich in einer Desorptionsstufe befindet und die Säule 17 ruht und die Säule 18 sich in einer Adsorptionsstufe zum Adsorbieren der leicht adsorbierbaren Gaskomponente durch Einführung eines Speisegases befindet.

Tabelle 3

Stellung eines jeden Ventils (F i g. 2)

ίο Ventil Arbeitszyklus

Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3

Nr. 4 Nr. 5 Nr. 6

In dem Arbeitszyklus Nr. 2 befindet sich die Adsorptionssäule 16 in der Desorptionsstufe, wie in der vorgehenden Stufe (dem Arbeitszyklus Nr. 1), aber da das Gas in dem Tank 22 für die leicht adsorbierbare Gaskomponente zu der Adsorptionssaule 17 mit Hilfe des Gasgebläses 20 geleitet wird, wird die Säule 17 durch die leicht adsorbierbare Gaskomponentc, die se eingeführt wurde, gespült. In diesem Falle befindet siel· das Ventil 2 in einem geschlossenen Zustand und da; Ventil 3 in einem offenen Zustand und so kann das Gas welches eine gewisse Menge der weniger lcich adsorbierbaren Gaskomponente enthält, von dei entgegengesetzten Seite der Säule 17 abgezogcr

.15 werden und wird in die Adsorptionssaule 18 durch da: Ventil 15 eingeführt. Demgemäß, wenn die Spülung clci Adsorptionssaule 17 genügend durchgeführt ist, bis da: ausströmende Gas aus der SiUiIe 17 fast aus der lcich adsorbierbaren Gaskomponente besteht, kann da

so ausströmende Gas wirksam verwende! werden, um clii Adsorptionssäule 18 vorzuspülen, was im crhcbliehei Umfange dazu beitrügt, um die Menge ties Spillgase einzusparen.

F.s wurde festgestellt, daß, wenn das gleicln

ν Verfahren in der Anlage, wie diese in I·' i g. 2 dargestell ist, durchgefühlt wird, in Übereinstimmung mil dei Arbeitszyklen, wie diese in der Tunelle 4 angegebei sind, die vorstehend genannten Vorteile vollstliiulij verloren gegangen sind und die Menge der hochreine!

ι«· leicht adsorbierbaren Cuiskomponenten, durch ein Desorptionsstufe erhalten, erheblich herabgesetzt is Dies ist der Fall, wenn die Anlage gemitll Fig. 2 si bedient wird, wie dies in der Tabelle 4 dargestellt ist. Bc der Arbeitsweise gcmlll.1 den Arbeitszyklen, die in de

(•s Tabelle 4 gezeigt sind, tritt eine große I lerabselzung i der Wirksamkeit auf, im Verleicn mil der Arbeitswcis mit den Arbeitszyklen, die in der Tabelle 3 dargestell sind

ίο

Tabelle 4

Stellung eines jeden Ventils (F i g. 2)

Ventil	Arbeitszyklus Nr. 1 Nr. 2	Nr. 3	Nr. 4	Nr. 5	Nr. 6
1 2 3	+ - + +	+ +	+	+ +	-t-
4 5 6	+ +	+	+	+	+
7 8 9	+	-	+	-	+
10 U 12	+ -	+		+	—
13 14	— —	—	+	_	+

So ist in der Arbeitsweise gemäß den Zyklen der Tabelle 3 beispielsweise die Säule 18 durch das ausströmende Gas aus der Säule 17 in dem Arbeitszyklus Nr. 2 vorgespült, aber in dem Rest des Arbeitszyklusses Nr. 3 wird kein Gas in die Säule 18 von außen in die Stufe eingeführt. Deshalb wird der Teil der Adsorptionssäule 18, der zu der Seite mit dem Ventil 15 verbunden ist, weiter durch die reine leicht adsorbierbare Gaskomponente in dem nachfolgenden Arbeiszyklus in einer solchen Weise gespült werden, daß der Teil durch die ziemlich reine, leicht adsorbierbare Komponente in dem vorhergehenden Operationszyklus 3 worden ist. Andererseits sind in den und weiter in der Stufe mit dem Arbeitszyklus Nr. 6 wird die Adsorptionssäule 16 durch das in dem Tank 22 gelagerte Gas gespült und die Adsorptionssäule 17 wird

vorgespüll. .

Wie vorstehend erläutert, werden die Stuten der Arbeitszyklen mit den Nummern, 1, 2, 3, 4, 5 und b nacheinander überführt, wenn die Konzentration der leicht adsorbierbaren Gaskomponente in dem Gas an der Auslaßseite einer jeden Adsorptionssäule in der Spülstufe einen vorbestimmten Wert erreicht, bin einfacher Arbeitsgang ist der Austausch der Zyklen tür eine jede vorbestimmte Zeitperiode mit Hilfe z. B. eines Zeitmessers, wenn die Zusammensetzung des Speisegases von der Leitung 25, wie auch seine Zuflußmenge konstant sind. Die Menge und die Reinheit des Spülgases von dem Gebläse 20 sind konstant und ebenso sind die Adsorptionskapazitäten der Adsorptionssäulen 16,17 und 18 konstant.

Bei der Ausführungsform des erfindungsgemaUen :o Verfahrens, die in F i g. 3 dargestellt ist, kann die weniger leicht adsorbierbare Gaskomponente und die leicht adsorbierbare Gaskomponente gleichzeitig in hochreinen Zuständen getrennt werden, und zwar in jedem Fall mit guten Ausbeuten. Weiterhin können in der Ausführungsform die Gasgebläse 19 und 20 (Fi g. 2) zum kontinuierlichen Hindurchleiten von Gasen in die Anlage eine relativ niedrige Kapazität haben. So wird das Verfahren der Ausbildung wesentlich wirksamer und wird zur Ausführung des Verfahrens dieser yo Erfindung in einem industriell und wirtschaftlichen Umfang bevorzugt.

In der F i g. 3 bedeuten die Ziffern von 1 bis 20 Ventile. 21, 22, 23 und 24 sind Adsorptionssäulen. 25 ist ein Gebläse für das Speisegas, und 21 ist ein Gebläse für die leicht adsorbierbare Gaskomponente. 27 stellt eine Vakuumpumpe dar, die Verwendung findet, wenn man den Desorptionsvorgang unter vermindertem Druck durchführt. Die Pumpe 27 ist nicht erforderlich, wenn

vorgespült worden ist — - -run λ

Arbeitszyklen, die durch die Zyklen in der Tabelle 4 _ . „...^ ... .„.

dargestellt sind die Abläufe bis zu dem Arbeitszyklus 2 die Adsorption unter Druck durchgeführt wird und die die gleichen wie vorstehend, aber ein Zuführungsgas ₄o Desorption unter Normaldruck erfolgt. 28 ist cm lan* wird in die Adsorptionssäule 18 in dem Arbeitszyklus 3 zum Lagern der leicht adsorbierbaren Gaskomponente eingeführt und dann wird die Säule 18 erneut durch die und 29 ist ein Tank zum Lagern der weniger lcicm leicht adsorbierbare Gaskomponentc in dem nachfol- adsorbierbaren Gaskomponentc 30 ist der Ausiau im senden Arbeitszyklus 4 gespült. Demgemäß wird die das Gasprodukt, welches aus der hochreinen, leicni Verteilung der leicht adsorbierbaren Gaskomponentc in 45 adsorbierbaren Gaskomponentc besteht, und 31 ist dci der Adsorptionssäule 18 erschwert und ebenso wird die Auslaß für das Produktgas, welches aus der hochreinen verbrauchte Menge der leicht absorbierbaren Gaskonv weniger leicht adsorbierbaren Gaskomponente ^¹⁰¹V poncntc zum Spülen erhöht, wodurch sich eine
Herabsetzung der Wirksamkeit durch das ganze
Verfahren ergibt.

Bei der Arbeitsweise gemäß den Zyklen der Tabelle .3

wird wenn noch recht wenig leicht adsorbierbare

Gaskomponentc in dem Gas am Ciasauslaß der

Adsorptionssäule 17 in dem Spülarbcitsgang sichtbar

wird, die Anlage in den Zyklus überführt, der durch den

Arbeitszyklus Nr. 3 in der Tabelle 3 dargestellt ist. In

diesem Zyklus wird die Adsorptionssüulc 17 der

ncsorptioiisafbcilssuife unterworfen, wobei die adsorbierte leicht adsorbicrbare Gaskomponente dcsorbicrt

und in dem Tank 22 mittels der Pumpe 21 gelagert wird.

t'in Teil des so gelagerten Gases wird als Spillgas für die

SiIuIe 18 in dem nachfolgenden Arbeitszyklus (Arbeitszyklus Nr 4) verwendet und das zurückbleibende Gas

kann als das Produkt abgezogen werden. Ähnlich wird der Stufe mit dem Arbeitszyklus Nr. 4 die Weiterhin ist 32 der Einlaß für das Speisegas, welches it jede seiner einzelnen Komponenten zu trennen ist.

Tabelle ^r>

Stellung eines jeden Ventils (I' i \i. S)

^ Ventil Arbeitszyklus

Ni. I Nr. ,! Ni. i Ni. ·! Ni. ^r> Nr t> Ni. 7

Adsorptionssaule 18 durch das Gas von dem Tank 22 Kcsplllt wie es gerade vorstehend erläutert wurde, und gleichzeitig wird die Adsorplionssllule 16 vorgespült, I
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Fort sot zu η u

Ventil Arbeitszyklus

Nr. I Nr. 2 Nr. J Nr. 4 Nr. 5 Nr. b Nr. 7

So kann durch Bedienen der 4-Säulenanlage, wie es in der Fig.3 dargestellt ist, in Übereinstimmung mit der Arbeitsweise, wie sie in der Tabelle 5 gezeigt ist, das Rückführungsverfahren durch die weniger leicht adsorbierbare Gaskomponente, die Adsorption der leicht adsorbierbaren Gaskomponente in dem Speisegas, der Spülvorgang durch die reine, leicht adsorbierbare Gaskomponente unter dem Druck, der der gleiche ist wie in der Adsorptionsstufe, durchgeführt werden. Die Desorption wird unter einem Druck, der niedriger als der Druck in der Adsorptionsstufe ist, nacheinander durchgeführt. Dies bedeutet, daß das Verfahren, wie es vorstehend erläutert wird, die hochreine, leicht adsorbierbare Gaskomponente durch die Leitung 30 in einer hohen Ausbeute mitgezogen werden kann und gleichzeitig die hochreine, weniger leicht adsorbierbare Gaskotnponente ebenfalls durch die Leitung 31 abgezogen werden kann,

Beispiel 3

4 Adsorptionssäulen, wobei jede Säule die gleichen Abmessungen, wie in der Vergleichsuntersuchung angegeben, besaß und das gleiche Adsorbens wie bei der Vergleichsuntersuchung angegeben als Füllung enthielt, wurde, wie dies in der F i g. 3 dargestellt ist, angeordnet. In diesem Fall jedoch betrug die Teilchengröße des Adsorbens 3,5 —2,8 mm. Der Minimumdruck in der Adsorptionssäule in der Desorptionsstufe betrug 73 mm Hg und weiterhin wurde bei der Durchführung aller Rückspülungs-, Adsorptions- und Spülungs-Stufen unter normalem Druck gearbeitet. Ebenso betrug die Zeit, die zum Beenden der Desorptionsstufe benötigt wurde, 1,5 Minuten pro Adsorptionssäule. Die Ventile wurden, wie dies in der Tabelle 5 dargestellt ist, bedient.

Unter den vorstehend angegebenen Bedingungen wurde Luft, welche zuerst von Kohlendioxyd und Feuchtigkeit befreit worden war, in die Trennungsanlage kontinuierlich mit einer Rate von 630 Litern pro Stunde, und ein Stickstoffgas mit einer Reinheit von 99,98 bis 99,96% wurde in einer Rate von 480 Litern prc Stunde erhalten. Ebenso wurde ein Sauerstoff enthaltendes Gas als die weniger leicht adsorbierbarc Gaskomponente mit einer Rate von 150 Litern prc Stunde erhalten, und es enthielt nur etwa 9% Stickstoff,

Hier/u 3 Blau

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Abtrennung von Stickstoff aus Luft, bei dem die Luft in einer Adsorptionsstufe durch eine mit einem Einlaß und einem Auslaß versehene und ein Adsorptionsmittel enthaltende Adsorptionssäule geführt wird, bis das Gasgemisch am Auslaß die gleiche Zusammensetzung wie die Luft am Einlaß besitzt, und bei dem in einer Desorptionsstufe der leichter adsorbierbare Stickstoff durch Desorption unter vermindertem Druck gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptionssäule vor der Desorptionsstufe mit reinem Stickstoff unter dem gleichen Druck wie in der Adsorptionsstufe gespült wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Desorptionsstufe vor der Einführung der Luft Sauerstoff in die Adsorptionssäule eingeleitet wird, bis der Innendruck der Adsorptionssäule den Druck in der Adsorptionsstufe erreicht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Adsorptionsmittel durch Entwässerung eines Tuffgesteins hergestellt worden ist, welches aus SiOi, AI₂Oj und H₂O besteht und welches 1 bis 10 Gew.-% Alkalimetall- und Erdalkalimetalloxyde enthält und das Röntgenstrahlenbeugungsbild gemäß Tabelle 1 oder Tabelle 2 besitzt.