DE2303153A1

DE2303153A1 - Verfahren zum zerlegen von luft

Info

Publication number: DE2303153A1
Application number: DE2303153A
Authority: DE
Inventors: Louis Bela Batta
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1972-01-24
Filing date: 1973-01-23
Publication date: 1973-08-16
Also published as: HK66276A; JPS549587B2; AT358545B; FR2169162A2; GB1424457A; AU5135273A; IT1045927B; BE794425A; JPS4883078A; AU475375B2; SE399826B; IL41351A; BR7300495D0; NL167332B; CH579944A5; ES410887A2; NL167332C; ATA55573A; DE2303153C2; FR2169162B2

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. GLRH/Kb SCHWAN

BÜRO: 8000 MÜNCHEN 83 · ELFENSTRASSE 32 2303153

23. Jan. 1973

L-8314-1-G

UNION CARBIDE CORPORATION 27O Park Avenue, New York, N.Y. 10017, V.St.A.

Verfahren zum Zerlegen von Luft

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zerlegen von Luft durch Adsorption mittels eines adiabatischen Druckkreisprozesses.

Bei bekannten zur Luftzerlegung eingesetzten adiabatischen Druckkreisprozessen umfaßt die Schrittfolge für gewöhnlich eine selektive Adsorptionsphase, während deren komprimierte Luft am Eintrittsende des Adsorberbettes eingeleitet wird, wodurch eine Stickstof fadsorptionsfront ausgebildet wird. Stickstoff wird von den meisten Adsorptionsmitteln, beispielsweise Zeolith-Molekularsieben selektiv adsorbiert. Es findet auch eine Koadsorption von Sauerstoff statt, doch wird Sauerstoff im wesentlichen von dem stärker festgehaltenen Stickstoffadsorbat verdrängt. Austretendes Sauerstoffgas wird vom anderen oder Austrittsende des Bettes im wesentlichen mit dem Druck der Einsatzluft abgeleitet. Die Stickstof fadsorptionsf ront bewegt sich fortschreitend in Richtung auf das Austrittsende. Die Adsorptionsphase wird beendet, wenn die Adsorptionsfront zwischen Eintritts- und Austrittsende liegt. Es erfolgt dann eine Gleichstromdruckminderung des Bettes, wobei austretender Sauerstoff am Austrittsende freigesetzt wird, während

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FERNSPRECHER: 0811/6012039 - KABEL: ELECTRICPATENT MÜNCHEN

sich die Stickstoffadsorptionsfront in den zuvor noch nicht beladenen Abschnitt hinein bewegt und dichter an das Austrittsende heranrückt. Das Gleichstromdruckminderungsgas kann teilweise als Sauerstoffproduktgas abgeführt und teilweise für eine Reihe von Zwecken zu anderen Adsorberbetten zurückgeleitet werden, beispielsweise zwecks Spülung und Druckausgleich mit. einem gespülten Bett, um das betreffende Bett teilweise wiederaufzudrücken. Die Gleichstromdruckminderung wird beendet, bevor die Adsorptionsfront das Austrittsende erreicht, so daß die Sauerstoffreinheit des austretenden Gases nahezu die gleiche wie diejenige des Gases ist, das während der vorausgehenden Adsorptionsphase abgegeben wird. Im einzelnen ist ein solches Verfahren in der US-PS 3 176 444 beschrieben .

Nach der Gleichstromdruckminderung erfährt das Bett für gewöhnlich eine weitere Druckminderung, indem Abgas am Eintrittsende freigesetzt, das heißt eine Druckminderung im Gegenstrom vorgenommen wird, bis der Bettdruck auf einen für das Spülen gewünschten niedrigen Wert abgesunken ist. Dann wird Sauerstoffspülgas durch das Bett hindurchgeleitet, um das Stickstoffadsorbat zu desorbieren und aus dem System abzuführen. Das gespülte und mindestens teilweise gereinigte Bett wird anschließend mindestens teilweise mit Sauerstoff und/oder Einsatzluft wiederaufgedrückt und erneut auf die Adsorptionsphase geschaltet, Ein derartiges Verfahren ist in der US-PS 3 430 418 beschrieben. Es erfordert mindestens vier parallelgeschaltete Adsorberbetten. Das Verfahren nach der US-PS 3 43O 418 erlaubt eine Ausbeute von ungefähr 36 % des in der Ein-

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satzluft zugeführten Sauerstoffs bei einer Reinheit von ungefähr 95 Molprozent. .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes adiabij-tl-sches Druckkreisverfahren zur Luftzerlegung zu schaffen, das bei mindestens gleicher Sauerstoffreinheit eine höhere Sauerstoffausbeute erlaubt, als sie bisher erreicht werden konnte.

Außerdem soll ein adiabatischer Druckkreisprozeß für die Luftzerlegung geschaffen werden, der mit weniger als vier Adsorberbetten durchgeführt werden kann und gleichwohl eine Sauerstoffausbeute und -reinheit gestattet, die mit denjenigen bekannter Vierbettsysteme mindestens vergleichbar sind.

D^;e Erfindung befaßt sich mit einem adiabatischen Druckkreisprozeß, bei dem aus zugeführter Einsatzluft Stickstoff selektiv adsorbiert wird, um Sauerstoffproduktgas zu erzeugen.

Bei diesem bei Umgebungstemperatur ablaufenden Verfahren werden mindestens drei Zeolith-Molekularsieb-Adsorberbetten verwendet. Einsatzluft wird am Eintrittsende eines ersten Adsorberbettes unter einem höchsten Überdruck eingeleitet, wodurch eine Stickstoffadsorptionsfront nahe dem Eintrittsende ausgebildet wird. Sauerstoff wird vom anderen oder Austrittsende entweder gleichzeitig .mit der Einführung der Einsatzluft oder im Anschluß daran abgeleitet, so daß sich die Stickstoffadsorptionsfront in Richtung auf das Austrittsende bewegt. Mindestens ein Teil des austretenden

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Sauerstoffs wird einem zuvor gespülten Bett zugeführt. Weiterer Sauerstoff wird dann am Austrittsende des ersten Bettes freigesetzt, wodurch der Druck des ersten Bettes im Gleichstrom gemindert wird. Diese Gleichstromdruckminderung wird beendet, wenn das erste Bett einen niedrigeren Überdruck erreicht hat. Abgas wird dann am Eintrittsende des ersten Bettes freigesetzt, wodurch eine Gegenstromdruckminderung dieses Bettes auf einen niedrigsten Überdruck erfolgt. Sauerstoffgas vom Austrittsende eines anderen Adsorberbettes wird dem Austrittsende des ersten Bettes als Spülgas zugeleitet und durchströmt das erste Bett mit dem niedrigsten Überdruck, um für eine Desorption des Stickstoffadsorbats zu sorgen. Das stickstoffadsorbathaltige Spülgas wird vom Eintrittsende des ersten Bettes als Abgas abgezogen. Aus dem Austrittsende eines weiteren Adsorptionsbettes austretendes Sauerstoffgas, dessen Druck über dem niedrigsten Überdruck liegt, wird dem gespülten ersten Bett zugeführt, um dieses mindestens teilweise wiederaufzudrücken. Ein Teil des aus dem ersten Bett austretenden Sauerstoff gases wird als Produktgas abgeleitet. Das restliche austretende Sauerstoffgas wird zum WiederaufdrUcken und Spülen anderer Adsorberbetten zurückgeleitet.

Erfindungsgemäß wird die Einsatzluft dem ersten Bett bei einem höchsten Druck von 2,81 bis 7,38 kp/cm zugeführt, wird die Gleichstromdruckminderung bei einem niedrigeren Druck von 1,12 bis 2,81 kp/cm beendet und betragt das Verhältnis zwischen dem Druck des Einsatzgases zu dem Enddruck der Gleichstromdruckminderung mindestens 1,5. (Bei den vorliegend angegebenen Druckwerten han-

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delt es sich um Absolutdrücke). Das Sauerstoffmassenverhältnis von Einsatzgassauerstoff s am Austrittsende des ersten Bettes austretendem Sauerstoffgas 5 zurückgeführtem Sauerstoffgas liegt bei 1:5-13,5:4-13,1.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigt;

Figur 1

eine Blockdarstellung des erfindungsgemäßen Prinzips,

Figur 2

eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen Sauerstoffausbeute, Einsatzluftdruck und Enddruck der Gleichstromdruckminderung bei dem Luftzerlegungsverfahren nach der Erfindung,

Figur 3

ein Fließschema einer zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeigneten Anlage, wobei jeder von vier Adsorptionszonen Einsatzluft in einer Parallelstromfolge zugeführt wird, um Sauerstoff mit einem im wesentlichen dem Einsatzgasdruck entsprechenden Druck zu erzeugen,

Figur 4

ein bevorzugtes Takt- und Zeitprogramm für die verschiedenen Stufen einer Sauerstoffproduktgas mit hohem Druck liefernden Ausführungsform des Verfahrens, die unter Verwendung der Anlage nach Figur 3

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durchgeführt werden kann

Figur 5

ein Takt- und Zeitprogramm für verschiedene Stufen einer abgewandelten Ausführungsform des Sauerstoffproduktgas mit hohem Druck liefernden Verfahrens, die mit einer Anlage ähnlich derjenigen· nach Figur 3 ausgeführt werden kann,

Figur 6

ein schematisches Fließschema einer zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeigneten Anlage, bei der Einsatzluft jeder von drei Adsorptionszonen in einer Parallelstromfolge zugeführt wird, um Sauerstoff mit einem Druck zu erzeugen, der wesentlich niedriger als der Einsatzluftdruck ist,

Figur 7

ein Takt- und Zeitprogramm für verschiedene Stufen einer Sauerstoffproduktgas mit niedrigem Druck liefernden Ausführungsform des Verfahrens, die unter Verwendung der Anlage nach Figur 6 durchgeführt werden kann, und

Figur 8

ein bevorzugtes Takt- und Zeitprogramm für die Anlage nach Figur 6, wobei ein erster Druckausgleich bei einem höheren Druck und ein zweiter Druckausgleich bei einem niedrigeren Druck vorgesehen sind

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Es wurde vorgeschlagen (US-PS 3 564 816), das bekannte mit vier oder mehr Adsorberbetten arbeitende adiabatische Druckkreisverfahren zur Luftzerlegung durch die Verwendung von zwei Druckausgleichsstufen zwischen der Gleichstromdruckminderung des ersten Bettes und dem teilweisen Wiederaufdrücken anderer Betten nach vorhergehendem Spülen zu verbessern. Nach AbschluB der Adsorptionsphase bei einem im wesentlichen dem Einsatzluftdruck entsprechenden Druck wird das erste Bett zunächst bei einem höheren Druck zum Druckausgleich mit einem anderen Bett gebracht, das sich auf einem höheren Zwischendruck befindet, indem Sauerstoffgas am Austrittsende des ersten Bettes freigesetzt und in das Austrittsende des anderen Bettes eingeleitet wird. Das betreffende andere Bett wurde zuvor mittels zurückgeführten Sauerstoffgases auf einen niedrigeren Zwischendruck wiederaufgedrückt= Es folgt dann eine zweite Druckausgleichsstufe, im Verlaufe deren zusätzliches Sauerstoffgas am Austrittsende des ersten Bettes freigesetzt und entweder im Gleichstrom oder im Gegenstrom einem weiteren Bett zugeführt wird, unmittelbar nachdem das Stickstoffadsorbat aus diesem weiteren Bett bei dem niedrigsten Druckwert des Verfahrens ausgespült wurde. Das Gas strömt, bis ein Druckausgleich zwischen den beiden Betten bei dem niedrigeren Zwischendruck herbeigeführt ist. Das erste Bett wird dann mit austretendem Sauerstoff gespült und im Gegenstrom wiederaufgedrückt, bevor es erneut auf die Adsorptionsstufe geschaltet wird. Ein weiterer Teil des austretenden Sauerstoffgases wird vom ersten Bett durch Gleichstromdruckminderung freigesetzt, und zwar vor oder nach der vorstehend genannten zweiten Druckausgleichsstufe. Dieser weitere Teil wird vorzugsweise

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nach dem zweiten Druckausgleich abgezogen und benutzt, um das andere Adsorberbett auf den niedrigsten Verfahrensdruck zu spülen.

Eine weitere Verbesserung der bekannten, auf einem adiabatischen Druckkreisprozeß beruhenden Luftzerlegungsverfahren wurde für Anwendungsfälle vorgeschlagen (US-PS 3 636 679), bei denen das Sauerstoffproduktgas mit verhältnismäßig niedrigem Druck angeliefert werden kann. Dabei sind mindestens zwei Betten aus selektiv wirkendem Adsorptionsmittel vorgesehen, die jeweils ein Eintrittsund ein Austrittsende aufweisen. Die Einsatzluft wird dem Eintrittsende des ersten Bettes mit Überdruck zugeführt, nachdem das Bett zuvor zwecks Beseitigung des Stickstoffadsorbats gespült worden war und sich zunächst auf einem niedrigeren Druck befindet. Während des Einleitens der Einsatzluft wird gleichzeitig austretendes Sauerstoffgas anfänglich mit im wesentlichen dem ersten höchsten Überdruck in das Austrittsende des ersten Bettes eingeleitet. Gleichzeitig mit der Einleitung von Einsatzluft und austretendem Sauerstoff wird Sauerstoff am Austrittsende eines zweiten Adsorberbettes freigesetzt, dem zuvor Einsatzluft am Eintrittsende in solcher Menge zugeführt worden war, daß sich'eine Stickstoffadsorptionsfront am Eintrittsende ausgebildet und fortschreitend bis zu einer zwischen Eintritts- und Austrittsende liegenden Stelle bewegt hat. Das zweite Bett liegt anfänglich im wesentlichen auf dem ersten höchsten Druck, so daß der Druck des freigesetzten austretenden Sauerstoffgases im Verlauf der Gleichstromdruckminderung des Bettes fortschreitend abnimmt. Ein Teil des auf diese Weise freigesetzten austretenden Sauerstoffgases wird dem Austrittsende

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des ersten Bettes als das oben erwähnte Wiederaufdruckgas zugeführt, während gleichzeitig ein weiterer Teil als Produktgas abgegeben wird. Dies dauert an, bis die Gasdrücke im ersten und zweiten Adsorberbett im wesentlichen gleich sind, worauf der Sauerstoff gasstrom vom zweiten zum ersten Bett abgestellt wird. Nach Abstellen des Sauerstoffgasstromes wird dem Eintrittsende des ersten Bettes weiterhin Einsatzgas zugeführt, wodurch das erste Bett weiter auf einen höheren Druck wiederaufgedrückt wird, der über dem Ausgleichsdruck zwischen erstem und zweitem Bett liegt. Austretendes Sauerstoffgas wird -am Austrittsende des weiter wiederaufgedrückten ersten Bettes freigesetzt. Ein Teil dieses Gases wird benutzt, um das Stickstoffadsorbat aus dem zweiten Bett bei dem niedrigsten Verfahrensdruck auszuspülen. Ein weiterer Teil des freigesetzten austretenden Sauerstoffgases dient dem Wiederaufdrücken eines anderen Adsorberbettes, das zuvor von dem Stickstoffadsorbat befreit wurde. Das Gas wird in das Austrittsende des betreffenden Bettes eingeleitet, wobei dieses im Gegenstrom wiederaufgedrückt

wird. Ein weiterer teil des freigesetzten austretenden Sauerstoffgases wird als Produktgas abgegeben. Aus dem ersten Bett wird Stickstoff ausgespült, indem aus einem anderen Bett austretendes Sauerstoffgas in das Austrittsende des ersten Bettes eingeleitet wird, um dieses Bett bei dem niedrigsten Druck im Gegenstrom zu durchlaufen.

Die vorliegende Erfindung hat eine weitere Verbesserung der bekannten oder vorgeschlagenen adiabatischen Druckkreisprozesse zum Gegenstand, die es erlaubt, für eine hohe Leistungsfähigkeit - mehr

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- 1O -

als 8O %ige Sauerstoffreinheit und eine hohe, 40 % übertreffende Sauerstoffausbeute - sowohl bei dem mit konstantem Einsatz- und Produktgasdruck arbeitenden als auch bei dem mit variablem Einsatzgas- und Produktgasdruck arbeitenden System der oben erläuterten Art zu sorgen. Die wesentlichen Gesichtspunkte des verbesserten Verfahrens betreffen die fünf in einem vollständigen Zyklus auftretenden, in Figur 1 angedeuteten Ströme. Es handelt sich dabei um den komprimierten Einsatzluftstrom 1O, der in die Zeolith-Molekularsieb-Adsorptionszone eintritt(die Adsorptionszone ist als Block dargestellt, umfaßt aber mindestens drei gesonderte, parallelgeschaltete Adsorberbetten), um den die Adsorptionszone verlassenden Sauerstoffstrom 11, um den Teil 11a des austretenden Sauerstoffes, der zwecks Spülen, Druckausgleich und Wiederaufdrücken zur Adsorptionszone zurückgeführt wird, um den nicht zurückgeführten Teil 11b des austretenden Sauerstoffs, der als Produktgas abgegeben wird, sowie um den Abgasstrom 12, der zusammen mit dem Stickstoffadsorbat am Eintrittsende der Adsorptionszone freigesetzt wird.

Die komprimierte Einsatzluft 10 wird bei Umgebungstemperatur und dem höchsten Druck von 2,81 bis 7,38 kp/cm zugeführt. Dieser Einsatzluftdruck stellt den höchsten Druck dar, der während eines beliebigen Teils der Verfahrensfolge auftritt. Der Einsatzluftdruck braucht nicht konstant zu sein, solange er nur innerhalb des angegebenen Bereiches und über dem Druck des die Einsatzluft aufnehmenden Bettes liegt. Der am Austrittsende der Adsorptionszone auftretende Sauerstoffstrom 11 kann gleichzeitig mit der Einlei-

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tung der Einsatzluft 1O abströmen (wie dies bei der mit konstantem Einsatz- und Produktgasdruck arbeitenden Ausführungsform der Fall ist) oder im Anschluß an das Einleiten der Einsatzluft (wie dies bei der Ausführungsform der Fall ist, bei der das Wiederaufdrücken von beiden Enden aus mittels Einsatzluft und Sauerstoff erfolgt). Der austretende Sauerstoff stellt das gesamte Gas dar, das am Austrittsende wahrend eines vollständigen Arbeitsspiels abgegeben wird, unabhängig davon, ob das Gas als Produktgas 11b abgeführt oder zu der Adsorptionszone als Strom 11a zurückgeleitet wird. In ähnlicher Weise stellt der zurückgeführte Sauerstoffstrom 11a die Summe aller Ströme dar, die zu einem beliebigen Adsorberbett während sämtlicher Verfahrensstufen eines vollständigen Arbeitsspiels für einen beliebigen Zweck zurückgeleitet werden, beispielsweise als Spülgas, als Druckausgleichsgas oder als Wiederaufdrückgas. Figur 1 läßt erkennen, daß der gesamte Sauerstof frückstrom 11a von dem austretenden Sauerstoffstrom abgeleitet werden muß. Der Sauerstoffproduktgasstrom 11b stellt die Differenz zwischen dem austretenden Sauerstoffstrom 11 und dem Sauerstof frückstrom 11a dar. Er beschränkt sich auf denjenigen Teil oder diejenigen Teile (weil das Sauerstoffproduktgas von mehr als einer Verfahrensstufe gebildet werden kann) des austretenden Sauerstof fstroms mit der höchsten verfügbaren Reinheit. Beispielsweise wird aus dem austretenden Sauerstoffstrom kein Sauerstoffproduktgas abgezweigt, nachdem Stickstoff am Austrittsende des Bettes durchgebrochen ist.

Die Gleichstromdruckminderung ist bei einem Druck von 1,12 bis

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2,81 kp/cm zu beenden, wobei das Verhältnis zwischen dem Einsatzgasdruck und dem Enddruck der Gleichstromdruckminderung mindestens gleich 1,5 ist, Dieser Enddruck stellt den niedrigsten Druckwert dar, der in jeder der Verfahrensstufen erreicht wird, die im Gleichstrom mit Bezug auf die Einsatzluft ablaufen, das heißt, bei denen Sauerstoffgas am Austritts- oder Produktende der Adsorptionszone austritt, Das aus der Adsorptiönszone unmittelbar vor Erreichen des Gleichstromdruckminderungsdruckes abgezogene Sauerstoff gas schließt dabei für beliebige Zwecke genutztes Gas ein, z. .8« Produktgas, Gas,das für den Druckausgleich mit einem anderen, ursprünglich unter einem niedrigeren Druck stehenden Bett benutzt wird, oder Gas, das einfach zum teilweisen Wiederaufdrücken (nicht jedoch bis zum Druckausgleich) eines anderen, unter einem niedrigeren Druck stehenden Bettes benutzt wird.

Es wurde überraschenderweise gefunden, -daß dann, wenn ein bestimmter Bereich für die Sauerstoffmassenverhältnisse von austretendem Sauerstoff 11 und zurückgeführtem Sauerstoff 11a mit Bezug auf die Sauerstoffrnasse der Einsatzluft eingehalten wird, die Leistungsfähigkeit des Verfahrens derjenigen bekannter oder vorgeschlagener adiabatischer Druckkreisprozesse für die Luftzerlegung weit überlegen ist, was die Reinheit des und die Ausbeute an Sauerstoffproduktgas anbelangt. Diese Verhältnisse sind recht hoch, so daß der Sauerstoffinhalt der Adsorptionszone groß gehalten wird. Dieser Sauerstoff wird freigesetzt und zu der Zone während jedes vollständigen Arbeitsspiels zurückgeführt.

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Der große Sauerstoffinhalt der Adsorptionszone ist bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich wegen der Koadsortionseffekte des Adsorptionsmittels (das heißt beträchtliche Sauerstoffmengen werden von Zeolith-Molekularsieben zusammen mit dem Stickstoff adsorbiert) und der Gasaufnahme in den Zwischenräumen des Adsorptionsmittels (das heißt beträchtliche Sauerstoffgasmengen werden zwischen den Adsorptionsmittelteilchen festgehalten). Das Sauerstoffmassenverhältnis ist so zu wählen, daß für jede Einheit an Sauerstoff, die im Einsatzluftstrom 1O eingeleitet wird, zwischen 5 und 13,5 Einheiten im austretenden Sauerstoffstrom 11 abgezogen und zwischen 4 und 13,1 Einheiten zur Adsorptionszone zurückgeleitet werden.

Figur 2 zeigt die qualitative Abhängigkeit zwischen verschiedenen wichtigen Parametern des Verfahrens, und zwar die Änderung der Sauerstoffproduktausbeute (11b in Figur 1) als Funktion des Einsatzluftdruckes und des Enddruckes der Gleichstromdruckminderung, Der Darstellung ist zu entnehmen, daß bei vorgegebenem Einsatzluftdruck die Sauerstoffausbeute steigt, wenn der Enddruck der Gleichstromdruckminderung verringert wird. Bei fest vorgegebenem Enddruck der Gleichstromdruckminderung steigt die Sauerstoffausbeute mit zunehmendem Einsatzluftdruck an. Obwohl die Darstellung nach Figur 2 den qualitativen Zusammenhang zwischen der Sauerstoffausbeute und dem Einsatzluftdruck sowie dem Enddruck der Gleichstromdruckminderung veranschaulicht,.reicht dies allein nicht aus, um die hohe Leistungsfähigkeit des Verfahrens nach der Erfindung sicherzustellen. Das heißt, die veranschaulichten Beziehungen berück-

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sichtigen die Sauerstoffausbeute nur relativ und nicht an Hand eines absoluten Maßstabes. Wenn dagegen zusätzlich für das richtige Sauerstoffmassenverhältnis gesorgt wird, kann die "hohe Leistungsfähigkeit (hohe Sauerstoffproduktreinheit und hohe Ausbeute) des adiabatischen Druckkreisprozesses gewährleistet werden. Mit anderen Worten, um bei einem Verfahren, bei dem die Einsatzluft einen Druck von 2,81 bis 7,38 kp/cm hat, bei dem mit einem Enddruck der Gleichstromdruckminderung von 1,12 bis 2,81 kp/cm gearbeitet wird und bei dem das Verhältnis zwischen dem Druck des 'Einsatzgases und dem Enddruck der Gleichstromdruckminderung mindestens 1,5 beträgt, für eine hohe Leistungsfähigkeit zu sorgen, muß für einen hohen Sauerstoffinhalt gesorgt werden, der während der Abfolge der Verfahrensschritte so eingestellt werden kann, daß das Sauerstoffmassenverhältnis von Einsatzgassauerstoff : am Austrittsende des ersten Bettes austretendem Sauerstoffgas : zurückgeführtem. Sauerstoffgas bei 1:5-13,5:4-13,1 liegt. Läßt man das Verfahren bei niedrigem Sauerstoffinhalt so ablaufen, daß die Masse des aus dem ersten Bett abgeleiteten Sauerstoffgases kleiner als die fünffache Masse des Sauerstoffs in der Einsatzluft ist oder daß die Masse des zurückgeführten Sauerstoffgases kleiner als die vierfache Masse des Sauerstoffes in der Einsatzluft ist, ist das Betriebsverhalten wesentlich schlechter. Dies folgt anschaulich aus dem untenstehenden Vergleich, bei dem unter Verwendung von drei Kalziumzeolith Α-Betten gemäß den Figuren 6 und 8 mit einem Einsatzgasdruck von 3,16 kp/cm und einem Enddruck der

2 Gleichstromdruckminderung von 1,27 kp/cm gearbeitet wurde.

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Sauers eoffmassenverhältnis bezogen auf Sauerstoff irn einsatzgas

Sauerstoffgas Austrittsende ersten Bettes	vom des	zurückgeführ tes Sauerstoff- gas	Sauerstoff- ausbeute	Reinheit des Souersto ff- produkts (%)
12,83		12,41	Δ2.	95
3,O		2,7	30	95

Ciese Beispiele zeigen, daß dann, wenn mir einem so hohen .S stof f inhalt in der selektiven Adsorptionszone gearbeitet wird, cjcG das obengenannte Sauerstof fmassenverhältnis von fc.insatzgass^uerstofr : am Äustrittsende des ersten Bettes austretendem Sau- *rs to ffgas ; zurückgeführtem Sauerstoff gas 1:12,83:12,41 beträgt, sine Ausbeute von 42 % d?s im t-j- η·-:α „/igas eingeführten Sauerstoffs oei einer Prcüuktreinnei ζ ν;;.¹ \>Ί % erzielt werden kann. Wenn das •leiche System bei dem fur bekennte Verfahren typischen niedrigen sauerstoffinhalt betrieben wird, das heißt bei einem Sauerstoff- : u-.anverhältnis von 1:3,0:2,7, werden in deutlichem Gegensatz da- :·; nur 3C % des Sauerstoffs des Einsatzgases als Produkt mit ~v> fiiger Reinheit gewonnen,

vie oberen Grenzwerte ^Ur das Sauerstoffmassenverhältnis für das sauirstoffgas am Austrittsende des ersten Bettes und das zurück- -;e-r'J-.rte Sauerstoffgas von 13,5 bzw. 13,1 stellen sicher, daß die Aasorberbetten bei der Abtrennung von Sauerstoff aus der Einsatzuft maximal ausgenutzt werden. Ist die Spülgasmasse übermäßig ;r~S, wird die Stickstoffadsorptionsfront aus dem Einlaßende des

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Bettes herausgedrückt, was zu Lasten der Reinheit des als Produktgas abgezogenen Sauerstoffs geht. Die Einsatzluft wird mit einem Qruck von 2,81 bis 7,38 kp/cm urrd vorzugsweise mit einem

Druck von 2,81 bis 4,92 kp/cm zugeführt, um für die erforderliche Adsorptions-Desorptions-Druckdifferenz für die Aufrechterhaltung des gewünschten hohen Sauerstoffinhalts der Adsorptionszone zu sorgen. Die Gleichstromdruckminderung wird bei einem Druck von 1,12 bis 2,81 kp/cm und vorzugsweise bei einem Druck von 1,12

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bis 2,25 kp/cm beendet, wobei das Verhältnis zwischen dem Druck des Einsatzgases und dem Enddruck der Gleichstromdruckminderung bei mindestens 1,5 liegt, um für eine hohe Stickstoffanreicherung in der Adsorptionszone, eine dementsprechend wirksame Austreibung während der anschließenden Gegenstromdruckminderung und damit für eine hohe Ausbeute an Sauerstoffproduktgas zu sorgen.

Figur 3 zeigt vier Adsorberbetten A, B, C und D, die strömungsmäßig parallel zwischen eine Einsatzluft-Sammelleitung 1O und eine Sammelleitung 11 für das austretende, nicht adsorbierte Sauerstoffgas geschaltet sind. Über automatische Ventile 1A, 1B, , 1C und 1D wird Einsatzluft dem ersten Bett A, dem zweiten Bett B, dem dritten Bett C bzw. dem vierten Bett D zugeführt. Automatisehe Ventile 2A, 2B, 2C und 2D lassen Sauerstoffgas aus diesen Betten in die Sauerstoffsammelleitung 11 gelangen.

Der adsorbierte Stickstoff wird durch Gegenstromdruckmindern und Spülen über eine Abgassammelleitung 12 am Eintrittsende der Betten ausgeschieden. Die Adsorber A und B sind an ihren Eintritts-

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enden mit der Abgassammelleitung 12 über eine Leitung 13 verbunden, in der automatische Ventile 3A und 3B liegen. In ähnlicher Weise sind die Adsorber C und D an ihren Eintrittsenden mit der Abgassammelleitung 12 über eine Leitung 14 verbunden, in der automatische Ventile 3C und 3D liegen.

Eine Druckausgleichsleitung 15 für die erste Druckausgleichsstufe verbindet die Austrittsenden der Adsorberbetten A und B. In ähnlicher Weise sind die Austrittsenden der Adsorberbetten C und D über eine Druckausgleichsleitung 16 für die erste Druckausgleichsstufe miteinander verbunden. Der erste Druckausgleich kann über automatische Ventile 4AB und 4CD herbeigeführt werden, die in den Leitungen 15 bzw. 16 sitzen. In Reihe mit den Druckausgleichsventilen 4AB und 4CD liegen Ventile 17 und 18, bei denen es sich um von Hand voreingestellte Drosseleinrichtungen handelt, die das Auftreten von übermäßig hohen DurchfluSmengen verhindern und eine Einstellung und Abgleichung der Druckausgleichsgeschwindigkeiten zwischen den Adsorberbettpaaren AB und CD gestatten.

Automatische Ventile 5A, 5B, 5C und 5D sind an den Austrittsenden der Betten vorgesehen. Zwei dieser Ventile öffnen gemeinsam, um Gleichstromdruckminderungsgas von einem Adsorberbett als Spülgas in ein anderes Bett einzuleiten. Handbetätigte Ventile 19 und in SpUlgasverbindungsleitungen 21 bzw. 22 erfüllen den gleichen Zweck, wie er oben in Verbindung mit den Ventilen 17 und 18 für den ersten Druckausgleichskreis erläutert ist. Die Spülgasverbindungsleitungen 21 und 22, die strömungsmäSig parallelliegen, ent-

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halten außerdem in entgegengesetzter Strömungsrichtung orientierte Gegendruckregler 23 und 24, um die Gasströme in jeder Richtung zwischen entweder dem Bett A oder dem Bett B und dem Bett C oder dem Bett D zu regeln. Die Gegendruckregler 23 und 24 werden derart eingestellt, daß ein Mindestdruck, beispielsweise ein Druck von 4,57 kp/cm , in dem Bett aufrechterhalten wird, bei dem eine Gleichstromdruckminderung erfolgt-, während unter Ausnutzung des Gleichstromdruckminderungssauerstoffs ein anderes Bett gespült wird. Wenn dieser Druck erreicht ist, werden die Gleichstromdruckminderungsstufe und die zugehörige SpUlstufe beendet. Dadurch wird verhindert, daß die Gleichstromdruckminderung bis zu einem übermäßig niedrigen Druck fortgesetzt wird, bei dem es zu einem Durchbruch der Stickstoffadsorptionsfront kommt.

Die Ventile 17,18,19 und 20 sind, wie oben erläutert, Durchflußmengenbegrenzer, die eine Beschädigung der Betten auf Grund eines übermäßigen Δ P und einer zu großen Gasgeschwindigkeit verhindern. Entsprechende Vorsorge kann während der Gegenstromdruckminderung mittels eines voreingestellten Drosselventils 25 getroffen werden, das parallel zu einem Hauptabgasventil 26 in der Abgassammelleitung 12 liegt. Während der Gegenstromdruckminderung wird das automatische Hauptabgasventil 26 geschlossen, wodurch das Gas gezwungen wird, den Umweg über das Ventil 25 zu nehmen. Während der folgenden, auf dem niedrigsten Druck stattfindenden Spülstufe öffnet das Ventil 26, um den Strömungswiderstand in der Abgassammelleitung 12 kleinstmöglich zu halten· .

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ORIGINAL INSPECTED

Eine Wiederaufdruckleitung 27, in der ein Konstantstrom-Regelventil 28 liegt, ist an die Sauerstoffsammelleitung 11 angeschlossen, um das aus einem Adsorber während der Adsorptionsstufe austretende Sauerstoffgas einem anderen Adsorber zuzuführen, der auf einen niedrigeren Zwischendruck teilweise wiederaufgedrückt ist. Die Leitung 27 steht ihrerseits mit einer Sauerstoffrückleitunc 29 in Verbindung, die an WiederaufdrUckventile 6A bis 6D angeschlossen ist, die die Sauerstoffleitungen mit den Adsorbern A bis D verbinden.

Die gegenüberliegenden Fnden einer Druckausgleichsleitung 4O für die zweite Druckausgleichsstufe stehen über das Ventil 5A mit dem Austrittsende des Bettes A, über das Ventil 5B mit dem Austrittsende des Bettes B, über das Ventil 5C mit dem Austrittsende des Bettes C und über das Ventil 5D mit dem Austrittsende des Bettes D in Verbindung. Der Gasstrom in der Leitung 40 wird mittels Ventilen 41 und 42 gesteuert.

Die Adsorptionsphase wird beendet, wenn sich die Stickstoffadsorptionsfront noch vollständig innerhalb des Bettes befindet. Dieser Punkt kann in bekannter Weise an Hand der Eigenschaften und der Zusammensetzung der Einsatzluft, der Adsorptionsmittelkapazität und der dynamischen Eigenschaften bestimmt werden. Auch die erste Druckausgleichestufe und mindestens ein Teil der Gleichstromdruckminderundsstufe (bei der der Sauerstoff zum Spülen eines anderen Bettes herangezogen wird) werden beendet, wenn die Adsorptionsfront noch vollkommen innerhalb des Bettes liegt und noch

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kein Durchbruch erfolgt ist. Dies ermöglicht ein Entfernen des adsorbierbaren Stickstoffs aus dem in den Zwischenräumen des Adsorptionsmittels eingeschlossenen Gas-über das Austrittsende des Bettes, so daß das abströmende Sauerstoffgas praktisch die gleiche Reinheit wie das Sauerstoffgas hat, das während der Adsorptionsstufe abgegeben wird. Falls der\ zweite, auf niedrigerem Druck erfolgende Druckausgleichsteil der Gleichstromdruckminderungsstufe vor dem Bettspülteil durchgeführt wird, müssen sämtliche Stufen zur Rückgewinnung des eingeschlossenen Gases abgeschlossen sein, während die Adsorptionsfront noch vollständig innerhalb des das Gas liefernden Bettes liegt. Wenn dagegen der zweite, bei niedrigerem Druck stattfindende Druckausgleichsteil nach dem Spülteil der Gleichstromdruckminderungsstufe ausgeführt wird (wie dies in Figur 4 veranschaulicht ist), kann der zweite Druckausgleichsteil über den Durchbruchspunkt hinaus fortgesetzt v/erden, weil das austretende Gas zum Wiederaufdrücken vom Eintrittsende aus benutzt wird. Der Durchbruch kann beispielsweise dadurch erkannt werden, daß die Stickstoffkonzentration im austretenden Gas überwacht und der Augenblick festgestellt wird, bei dem diese Konzentration merklich ansteigt. Das Spülen erfolgt in besonders wirksamer Weise dadurch, daß nur das in der vorhergehenden Stufe abgeschiedene Stickstoffadsorbat beseitigt wird. Das heißt, das Bett wird mittels des Spülgases nicht von dem gesamten Stickstoffadsorbat befreit. Dadurch, daß das Spülgas im Gegenstrom fließt, wird jedoch sichergestellt, daß die Adsorptionsfront in Richtung auf das Eintrittsende zurückgeschoben wird. Dies stellt ein reines Produktgas selbst während des anfäng-

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- 21 lichen Teiles der anschließenden Adsorptionsstufe sicher.

Der Einsatz der Anlage nach Figur 3 zur Durchführung der mit vier Betten arbeitenden Ausführungsform des Verfahrens läßt sich am
besten in Verbindung mit dem Takt- und Zeitprogramm der Figur 4
verstehen. Es sind sechs unterschiedliche Stufen vorhanden. Innerhalb jeder dieser Stufen werden Gasströme ein- und/oder abgeschaltet. Ströme, die in das Vierbettsystem hineingehen und aus diesem herauskommen, sind durch lotrechte Linien angedeutet, die die Einsatzluft-Sammelleitung 1O, die Sammelleitung 11 für den austretenden Sauerstoff und die Stickstoffdesorbatsammelleitung 12 verbinden. Die Einsatzluft-Sammelleitung 1O ist lotrecht mit jeder der
vier Adsorptionsstufen verbunden, die ihrerseits über lotrechte
Linien mit der Sauerstoffsammelleitung 11 verbunden sind. Die Gegenstromdruckminderungs- und Spülstufen,während deren das Stickstof fadsorbat aus den Betten entladen wird, sind lotrecht an die
Stickstoffdesorbat-Sammelleitung 12 angeschlossen. Die Wiederaufdrückstufen, bei denen ein Teil des austretenden Sauerstoffes verwendet wird, sind mit der SauerstoffSammelleitung 11 lotrecht verbunden. Alle den vier Betten zugeordneten Gasströme sind in der
Figur entsprechend bezeichnet.

Um das Sauerstoffprodukt bei einem im wesentlichen dem Einsatzluftdruck entsprechenden Druck zu gewinnen (unter Vernachlässigung des Druckverlusts im Adsorberbett) sind mindestens vier Adsorberbetten erforderlich, um diejenigen Stufen, bei denen Gleichst romdruckminderungsgasströme verfügbar werden, mit denjenigen

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Stufen zeitlich abzustimmen, bei denen diese Gasströme ausgenutzt werden können. Andernfalls waren große Tanks zur Zwischenspeicherung erforderlich. Aus Figur 4 geht hervor, daß ständig eines der Adsorberbetten in der Adsorptionsstufe arbeitet .und Sauerstoff mit im wesentlichen konstantem Druck an die Sauerstoffsammelleitung 11 abgibt. Gleichzeitig erfolgt bei den drei anderen Betten eine Gleichstromdruckminderung, ein erster Druckausgleich, das Beseitigen des adsorbierten Stickstoffs und/oder das Wiederaufdrücken für die anschließende Adsorptionsstufe. Ständig nimmt eines der Betten Sauerstoffproduktgas zum Wiederaufdrücken auf, so daß der Verbrauch des für diesen Zweck benutzten Sauerstoffs kontinuierlich und nicht intermittierend ist.

Bei dem speziellen Arbeitsspiel nehmen, bezogen auf ein beliebiges einzelnes Bett, die Adsorption ein Viertel des Gesamtspieles, der erste Druckausgleich und die Gleichstromdruckminderung ein weiteres Viertel, die Gegenstromdruckminderung und das Spülen ungefähr ein Sechstel sowie das Wiederaufdrücken den verbleibenden, ungefähr ein Drittel des Gesamtspieles betragenden Teil ein. Die Ausnutzung des Druckausgleichs- und Gleichstromdruckminderungsgases innerhalb des Systems ist durch waagrechte Flußlinien angedeutet. Jede erste Druckausgleichsstufe (Druckausgleich I) ist mit einer WiederaufdrUckstufe eines anderen Bettes, das bereits teilweise wiederaufgedrückt ist, waagrecht verbunden. Ebenso ist jeder zweite Druckausgleichsteil (Druckausgleich II) der Gleichstromdruckminderungsstufβ mit einer WiederaufdrUckstufe eines weiteren gerade gespülten Bettes waagrecht verbunden. Jede

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Gleichstromdruckminderungsstufe ist mit einer Spülstufe eines anderen Bettes waagrecht verbunden,

Im folgenden ist jede Stufe des Arbeitsspiels des Bettes A unter Bezugnahme auf diejenigen Anlagenteile der Figur 3 erläutert, die bei den Taktänderungen eine Rolle spielen. Beispiele für die bei den Taktänderungen auftretenden Drücke sind genannt; beispielsweise benutzte Drücke sind angegeben. Entsprechend Figur 4 kann ein Arbeitsspiel eine Gesamtdauer von 24Ο Sekunden haben.

Zeit O-6O: Das Bett A ist bei einem Druck von 4,92 kp/cm auf Adsorption geschaltet. Die Ventile 1A und 2A sind offen. Die Ventile 3A, 4AB, 5A und 6A sind geschlossen.

Zeit 6Ο-75: Am Ende der Adsorptionsphase schlieSen die Ventile 1A und 2A, während das Ventil 4AB öffnet, um den ersten Druckausgleich zwischen dem-Bett A und dem Bett B einzuleiten. In diesem Augenblick sind mit Ausnahme des Ventils 6B alle weiteren dem Bett 3 zugeordneten Ventile (die Ventile 1B, 2B, 3B und 5B) geschlossen. Das Ventil 17 begrenzt die DurchfluSmenge des Druckausgleichsgases, um ein Fluidisieren des Bettes zu vermeiden. Das Gas bewegt sich im Gegenstrom zur Richtung der E%$satzluft im Bett B. "^ '

Zeit 75 bis,105: Wenn die Drücke in den Betten A und B bei einem

näheren Zwischenwert von ungefähr 3,30 kp/cm ausgeglichen sind, schließt das Ventil 4AB und öffnen die Ventile 5A, 19 und 5C, so

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daß Sauerstoffspülgas vom Bett A in das dritte Bett C im Gegenstrom zur Einsatzluft einströmen kann, Zu diesem Zeitpunkt sind mit Ausnahme des Ventils 1C alle anderen"dem Bett C zugeordneten Ventile {nämlich die Ventile 2C, 3C₁ 4CD und 6C) geschlossen. Das Ventil 23 drosselt und begrenzt den Sauerstoffspülgasstrom, so da8 das Bett C auf dem niedrigsten, geringfügig über dem Atmosphärendruck liegenden Druck des Verfahrens bleibt, der für den gewünschten Spülgasfluß ausreicht,

Zeit 1O5-12O: Am Ende der SpUlstufe des dritten Bettes C hat das erste Bett A eine Druckminderung auf einen Druck von ungefähr 2,28 kpfcnf" erfahren. Nunmehr schließt das Ventil 1C, so daß das weitere Übertreten von Sauerstoff vom Bett A in das Bett C unterbrochen wird, Der Sauerstoff kann auch nicht über die Spülgasverbindungsleitung (Leitung 21 mit den Ventilen 23 und 19) weiterströmen , weil das Regelventil 23 so eingestellt ist, daß es den Spülgasstrom unterbricht, wenn der Druck im Bett A auf den für die Entnahme von Sauerstoffspülgas vorbestimmten unteren Grenzwert '(z„ B. 2,28 kp/cm ) gesunken ist. Der Gasstrom zum Aufdrücken des Bettes C im Gegenstrom wird daher über die Leitung 4O geführt, indem das Ventil 41 geöffnet und das Ventil 23 geschlossen wird. Das in Reihe mit dem Ventil 41 liegende Ventil 42 ist so voreingestellt, daß es die Durchflußmenge des zum Wiederaufdrücken verwendeten Gases begrenzt. Es findet ein Druckausgleich zwischen den Betten A und C bei einem niedrigeren Zwischendruck von ungefähr 1₉62 kp/cm statt. Dieser Druck bildet den Enddruck der Gleiehstromdruckminderung.

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Zeit 120-135: Das erste Bett A hat nun eine Gegenstromdruckminderung auf einen Druck erfahren, der nur geringfügig über dem Atmosphärendruck liegt und den niedrigsten im Verlauf des Verfahrens auftretenden Druck darstellt. Dabei wurden die Ventile 5A und 41 geschlossen, während das Ventil 3A geöffnet wurde. Das Ventil 26 in der Abgassammelleitung 12 schließt ebenfalls, wodurch das Abgas gezwungen wird, über die Drosselvorrichtung 25 zu strömen.

Zeit 135 bis 165: Spülgas für das erste Bett A wird durch Gleichstromdruckminderung des vierten Bettes nach dessen erster, bei höherem Druck ablaufenden Druckausgleichsstufe erhalten. Die Ventile 5A, 2O und 5D öffnen, so daß das Spülgas im Gegenstrom zu der zuvor das Bett durchlaufenden Einsatzluft strömen kann. Zu diesem Zeitpunkt sind mit Ausnahme des Ventils 5D alle dem Bett D zugeordneten Ventile geschlossen. Das Ventil 24 drosselt und begrenzt die Durchflußmenge des Sauerstoffspülgases, so daß das Bett A auf einem 'etwas über dem Atmosphärendruck liegenden Druck bleibt. Das Ventil 26 in der Abgassammelleitung 12 wird ebenfalls wieder geöffnet, wodurch der Strömungswiderstand für das Niederdruckspülgas minimal gehalten wird.

Zeit 165 bis 180: Das Bett A ist nunmehr gereinigt und für das im Gegenstrom erfolgende Wiederaufdrücken mit Sauerstoffgas bereit. Die Anfangsphase des WiederaufdrUckvorganges erfolgt durch fortgesetztes Einleiten von in den Zwischenräumen des Adsorptionsmittels des vierten Bettes D eingeschlossenem Gas. Die Ventile 3A und 20 schlieBen, während das Ventil 41 öffnet und Sauerstoffgas

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vom Bett D zum Bett A strömen läßt. Dieses teilweise Wiederaufdrücken des ersten Bettes A im Gegenstrom dauert an, bis ein Druckausgleich mit dem vierten Bett D bei dem niedrigeren Zwischendruck, beispielsweise bei ungefähr 1,62 kp/cm , hergestellt ist. Dies stellt zugleich die zweite oder niedrigere Druckausgleichsstufe der Gleichstromdruckminderung des Bettes D dar."

Zeit 18O bis 195: Die nächste Phase des Wiederaufdrückens des Bettes A- erfolgt durch einen bei einem höheren Druck ablaufenden Druckausgleich mit dem zweiten Bett B, das seine Adsorptionsstufe gerade abgeschlossen hat und zunächst auf dem vollen Einsatzgasdruck liegt. Die Ventile 5A und 29 schließen, während das Ventil 4AB öffnet, um Sauerstoffgas einzulassen, das aus dem Bett B im Gleichstrom austritt. Das Ventil 17 begrenzt die Gasdurchflußmenge und verhindert damit ein Fluidisieren des Bettes. Dieses zusätzliche WiederaufdrUcken des ersten Bettes A im Gegenstrom dauert an, bis ein Druckausgleich mit dem zweiten Bett B bei dem höheren Zwischendruck, z. B- bei ungefähr 3,3O kp/cm , stattgefunden hat. Dies stellt gleichzeitig die erste oder bei höherem Druck ablaufende Druckausgleichsstufe des Bettes B dar.

Zeit 195 bis 240: Die letzte Phase des WiederaufdrUckens des Bettes A auf praktisch den Einsatzluftdruck erfolgt mit Sauerstoff gas, welches das dritte Bett C Über die Sammelleitung 11 verläßt und dessen Durchflußmenge mittels des Konstantstrom-Regelventils 28 beim Übertritt in die Sauerstoffrückleitung 29 vorgeregelt wird. Das Ventil 4AB schiieSt, während das Ventil 6A

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öffnet, um das geregelte Sauerstoffgas in das Bett A einzulassen. Vorzugsweise beginnt diese letzte Phase des Wiederaufdrükkens unter Verwendung von austretendem Sauerstoffgas mit der einhundertachtzigsten Sekunde und läuft diese letzte Phase gleichzeitig mit der ersten höheren Druckausgleichsstufe des Bettes B ab. Ein derartiges Überlappen der beiden Wiederaufdrückgasquellen ist vorteilhaft, weil dadurch der interne Sauerstoffverbrauch geglättet wird und Schwankungen hinsichtlich der Ourchfluömenge und des Druckes des Sauerstoffproduktgases vermieden ••/erden, Wenn das Bett A den in der Leitung 29 herrschenden Druck srreicht, schließt das Ventil όΑ. Das Bett ist wieder bereit, Einsatzluft zwecks Zerlegung aufzunehmen.

Das oben erläuterte Arbeitsspiel fur das Bett A läuft bei den Betten B, C und D entsprechend ab. Wie aus Figur 4 hervorgeht, werden die Betten in der Folge A, D, B und C auf Adsorption geschaltet, das heißt in der Reihenfolge erstes, viertes, zweites und drittes Bett.

Zusammengefaßt wird also bei der bevorzugten, mit vier Adsorberöetten arbeitenden Ausführungsform die Einsatzluft dem ersten 3ett mit dem höchsten Druck von 2,81 bis 7,38 kp/cm zugeführt, während gleichzeitig Sauerstoff mit im wesentlichen dem gleichen Druck abgegeben wird. Das erste Bett wird dann mit einem zweiten Sett zu einem ersten Druckausgleich bei höherem Druck gebracht. Daran anschließend wird der Druck des ersten Bettes im Gleichstrom abgesenkt, wobei Sauerstoff vom Austrittsende des ersten

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Bettes aus während des ersten Teils der Gleichstromdruckminderung zum Austrittsende eines dritten, eine Gegenstromdruckminderung erfahrenden Bettes als Spülgas zurückgeführt wird, um Stickstoffadsorbat zu desorbieren. Nach Abschluß des Spülvorganges des dritten Bettes wird der Sauerstoff aus der Gleichstromdruckmindierung des ersten Bettes zu dem gespülten dritten Bett zurückgeführt, um das dritte Bett teilweise wiederaufzudrücken, bis ein Druckausgleich zwischen dem ersten und dem dritten Bett bei einem zweiten niedrigeren Druck herbeigeführt ist. Es erfolgt dann eine Absenkung des Druckes des ersten Bettes im Gegenstrom, worauf das erste Bett mit Sauerstoffgas aus dem Austrittsende eines eine Gleichstromdruckminderung erfahrenden vierten Bettes gespült und mit dem Sauerstoffgas des vierten Bettes teilweise wiederaufgedrückt wird. Dies bildet die zweite, bei niedrigerem Druck ablaufende Druckausgleichsstufe des vierten Bettes. Das erste Bett wird nun mit Sauerstoffgas vom zweiten Bett weiter vviederaufgedrückt (erste , bei höherem Druck ablaufende Druckausgleichsstufe des zweiten Bettes), worauf das erste Bett mit Einsatzluft auf deren Druck wiederaufgedrückt wird. Die genannten Stufen laufen nacheinander entsprechend dem Taktschema der Figur 4 auch für das vierte, zweite und dritte Bett ab, wobei das Sauerstoffmassenverhältnis von Einsatzgassauerstoff : dem an den Austrittsenden des ersten bis vierten Bettes austretenden Sauerstoffgas ι zurückgeführtem Sauerstoffgas bei 1;5-13,5:4-13,1 liegt»

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Beispiel 1

Ein Vierbettsystem gemäS Figur 3 wurde zum Zerlegen von Luft entsprechend der Taktfolge nach Figur 4 verwendet. Jedes der vier Betten bestand aus zwei strömungsmäSig in Reihe liegenden Abschnitten und enthielt insgesamt ungefähr 53,2 kg Kügelchen von als Molekularsieb dienendem Kalziumzeolith A mit einem Durchmesser von 1,58 mm in einem kombinierten Füllkörperabschnitt von 152 mm Innendurchmesser und 3,65 m Länge zur selektiven Adsorption von Stickstoff.

Die komprimierte Einsatzluft hatte einen Druck von 4,92 kp/cm und eine Temperatur von ungefähr 29,4°C. Eine Vorbehandlung zur Beseitigung kleinerer Anteile an Verunreinigungen war nicht erfolgt. Der COj-Gehalt war normal (ungefähr 3OO ppm). Der Feuchtigkeitsgehalt schwankte zwischen 6OO und 1000 ppm bei gelegentlichen Spitzenwerten von bis zu 2000 ppm.

Die Gesamtdauer des Arbeitsspiels war auf 12 Minuten verlängert (im Gegensatz zu dem Arbeitsspiel von 4 Minuten gemäß Figur 4), wobei 3 Minuten für die Adsorption, 25 Sekunden für den ersten höheren Druckausgleich, 2 Minuten und 10 Sekunden für den SpUlgasteil der Gleichstromdruckminderung und 25 Sekunden für den zweiten niedrigeren Druckausgleichsteil der Gleichstromdruckminderung, 25 Sekunden für die Gegenstromdruckminderung oder das Abblasen, 2 Minuten und 10 Sekunden für das Spülen sowie 3 Minuten und 25 Sekunden für das Wiederaufdrücken vorgesehen waren. In der

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untenstehenden Tabelle sind die Ergebnisse von zwei Probeläufen zusammengestellt, bei denen mit unterschiedlichen Einsatzgasdurchflußmengen gearbeitet wurde.

TABELLE

DurchfluSmenge des Einsatzgases (bei 1 Atmosphäre und )

Enddrücke

Druckausgleich I

<31eichstromdruckminderung (Spülgasteil)

Gleichstromdruckminderung (Druckausgleich II-Teil)

Spülen

Versuch I 'Versuch II

1O,3 m³/h 1O.5 m³/h

3,30 kp/cm² 3,3O kp/cm" 2,28 kp/cm² 2,32 kp/cm²

1,62 kp/cm² 1,65 kp/cm² 1,05 kp/cm² 1 ,05 kp/cm²

Druckverhältnis

Einsatzgasdruck : Enddruck der
Gleichstromdruckminderung 3,O4

Produkt

Entnahmemenge (bei 1 Atmosphäre und 15,6°C)

Zusammensetzung

3,O4

0,89 m /h 1 ,08 m /h

Argon 4,0 % 3,92 %

Stickstoff 16O ppm O,27 %

Sauerstoff 96,0 % 95,81 %

Anteil des im Produkt wiedergewonnenen Sauerstoffs des Einsatzgases 39,9 % 45,6 %

Sauerstoffmassenverhältnis

Einsatzgassauerstoff : austretendem Sauerstoff : rUckgefUhrtem
Sauerstoff 1:9:8,6 1:9:8,54

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Anhand dieser Daten und der bekannten Sauerstoff-Stickstoff-Selektivität von Natriumzeolith X (13X) wurde geschätzt, daß bei Austausch des Kalziumzeolith A gegen dieses c:^röSerporige Zeolithmolekularsieb bei gleicher ProzeBstufenfolge und im übrigen gleichen Bedingungen das Sauerstoffmassenverhältnis von Einsatzgas : austretendem Gas : rückgeführtem Gas für eine Produktreinheit von 96 % bei einer Sauerstoffausbeute von 40 % ungefähr 1 :13:12, 6 beträgt.

Sei anderen Adsorptionssystemen zur Luftzeriegung, bei denen das in den Zwischenräumen des Adsorptionsmittels eingeschlossene Gas nicht zerlegt und zurückgewonnen wird, wurde angeblich eine Ausbeute erzielt, die derjenigen des Beispiels 1 äquivalent ist, jedoch nur bei niedriger Reinheit, beispielsweise 3O bis 4O % Sauerstoff, Mit Hilfe bekannter Verfahren sollen sich auch höhere Reinheiten, zum Beispiel 85 % Sauerstoffs erzielen lassen, doch wird dabei eine Ausbeute von nur 1 % des Einsatzgases genannt,

Das oben beschriebene, mit zweistufigem Druckausgleich arbeitende Arbeitsspiel nach Figur 4 wird vorzugsweise benutzt, wenn vier Adsorberbetten vorgesehen sind und das Sauerstoffproduktgas Lm wesentlichen den gleichen Druck wie die Einsatzluft haben soll Im Rahmen der Erfindung kann jedoch auch mit anderen Arbeitsspielen gearbeitet werden, beispielsweise dem Vierbettarbeitsspiel ,semäß Figur 5. Eine für die Durchführung des Takt- und Zeitpro-3Timms nach Figur 5 geeignete Vorrichtung entspricht weitgehend

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der in Figur 4 gezeigten Anlage. Die Leitungen 15, 18, 22 und 40 sind jedoch nicht erforderlich, und die Ventile 19 und 23 in der Leitung 21 entfallen. Ein Vergleich¹ der Figuren 4 und 5 zeigt, daß bei der Lösung gemäß Figur 5 die Gleichstromdruck*· minderungsstufe zwei Teile umfaßt, bei denen das die Druckminderungsphase durchlaufende Bett nacheinander mit unterschiedlichen Betten einen ersten Druckausgleich bei höherem Druck und einen zweiten Druckausgleich bei niedrigerem Druck erfährt. Außerdem wird im Anschluß an den ersten Niederdruckteil des Wiederaufdrückvorganges mit Sauerstoffgas (durch den zweiten Druckausgleich bei niedrigerem Druck) das zum Teil wiederaufgedrückt· Bett für eine gewisse Zeitspanne abgetrennt (alle Ventile in den dem Bett zugeordneten Leitungen werden geschlossen)! bevor der Wiederaufdrückvorgang fortgesetzt wird (durch den ersten höheren Druckausgleich). Ohne die Ventile 19 und 23 strömt das Gleichstromdruckminderungsgas und das Gas fUr den ersten und den zweiten Druckausgleich'über die mit den Auslaßenden der Betten verbundene Leitung 21 .. Die Ventile 5A, 5B, 5C und 5D sorgen fUr die erforderliche Durchflußsteuerung. Sauerstoffgas wird zum Austrittsende der Betten über die Leitung 29 sowohl für die Endphase des WiederaufdrUckvorganges als auch zum SpUlen zurückgeführt. Mittels der Ventile 6A, 6B, 6C und 6D wird die Leitung mit Bezug auf die Betten A, B, C bzw. D geöffnet.Die Leitung 29 steht mit der SauerstoffSammelleitung 11 über die Leitung 2? in Verbindung. Der über die Leitung 27 laufende Gasstrom wird durch das Regelventil 28 geregelt, das die Durchflußmenge des zu den Austrittsenden der Betten zurUckgeleiteten Sauerstoffs vorgibt,

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Im folgenden ist jede Stufe des Arbeitsspiels gemäß Figur 5 für das Bett A unter Bezugnahme auf diejenigen Anlagenteile der Figur 3 erläutert, die bei den Taktänderungen eine Rolle spielen. Beispiele für die im Betrieb auftretenden Drücke bei Verwendung von Kalziumzeolith A als Adsorptionsmittel sind genannt.

Zeit O bis 60s Das Bett A ist auf Adsorption geschaltet und nimmt Einsatzluft mit einem Druck von 3,87 kp/cm auf. Die Ventile 1A und 2A sind offen; die Ventile 3A, 5A und 6A sind geschlossen.

Zeit 60 bis 90: Am Ende der Adsorptionsstufe des Bettes A schließen die Ventile 1A und 2A, während das Ventil 5A öffnet, um die Gleichstromdruckminderung und den ersten höheren Druckausgleich zwischen den Betten A und C beginnen zu lassen. Während dieser Zeitspanne sind mit Ausnahme des Ventils 5C alle weiteren dem Bett C zugeordneten Ventile geschlossen.

Zeit 90 bis 105s Wenn die Drücke in den Betten A und C bei einem Wert von ungefähr 2,95 kp/cm ausgeglichen sind, läuft die Gleichstromdruckminderung des Bettes A weiter, und zwar durch Druckaus-

gleich des Bettes A mit dem zuvor gespülten Bett D auf dem zweiten niedrigeren Druck. Das dem Bett C zugeordnete Ventil 5C schließt, das dem Bett A zugeordnete Ventil 5A bleibt offen; das dem Bett D zugeordnete Ventil 5D öffnet. Alle anderen dem Bett D zugeordneten Ventile (die Ventile 1D, 3D, 2D, 6D) schließen während dieser Stufe. Am Ende der Stufe ist der Druck in den Betten A und D bei einem Wert von ungefähr 1,97 kp/cm ausge-

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glichen.

Zeit 1O5 bis 120: Am Ende des zweiten Druckausgleichs bei niedrigerem Druck erfolgt eine Gegenstromdruckminderung des Bettes A über das Eintrittsende auf einen nur wenig über dem Atmosphärendruck liegenden Druck. Das Ventil 5A schließt, während das Ventil 3A öffnet, um Abgas zur Abgassammelleitung 12 gelangen zu lassen. Während dieser Stufe schließen alle weiteren dem Bett A zugeordneten Ventile (das heißt die Ventile 1A, 5A, 2A, 6A).

Zeit 12O bis 150: Nachdem das Bett A eine Gleichstromdruckminderung auf fast den Atmosphärendruck erfahren hat, wird das Eutt gespült, indem ein Teil des vom Bett C abgegebenen Sauerstoffgases zum Austrittsende des Bettes A zurUckgeleitet und stickstoffdesorbathaltiges SpUlgas vom Einlaßende des Bettes A in die Abgassammelleitung 12 abgelassen wird. Die Ventile 6A und 3A sind offen, während die Ventile 1A, 5A und 2A geschlossen sind. Die Ventile 6B, 6C, 6D in der SauerstoffrUckleitung 29 schließen während dieser Stufe.

Zeit 150 bis 165: Nachdem das Bett A gespült ist, wird es im Gegenstrom auf 1,97 kp/cm teilweise wiederaufgedrückt, indem der zweite Druckausgleich mit dem Bett B auf den niedrigeren Druck vorgenommen wird. Aus dem Bett B austretendes Sauerstoffgas gelangt über die Ventile 5B und 5A zum Austrittsende des Bettes A. Die weiteren dem Bett A zugeordneten Ventile (1A, 3A, 2A, 6A) sind geschlossen.

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Zeit 165 bis 180: Während dieser Zeitspanne ist das Bett A abgetrennt. Sämtliche Ventile (1A₁ 3A, 2A, 5A, 6A) sind geschlossen.

2 Zeit 180 bis 21O: Das Bett A wird im Gegenstrom von 1,97 kp/cm

2
auf 2,95 kp/cm weiter aufgedruckt, indem für den ersten, bei höherem Druck stattfindenden Druckausgleich mit dem Bett C gesorgt wird. Das Bett C verlassendes Gas strömt über das Ventil 5C, die Leitung 21 und das Ventil 5A. Die anderen, dem Bett A zugeordneten Ventile (1A, 3A, 2A, 6A) sind geschlossen.

2 Zeit 21O bis 240: Das Bett A wird weiter von 2,95 kp/cm auf den Einsatzluftdruck von 3,87 kp/cm aufgedrückt. Dafür wird vom Bett D zurückgeleitetes Sauerstoffgas benutzt. Das für die Endphase des Wiederaufdrückvorganges herangezogene Sauerstoffgas strömt über die Leitungen 27 und 29, die Gasmenge wird vom Regelventil 28 vorgegeben. Das Gas tritt in das Austrittsende des Bettes A über das offene Ventil 6A ein. Die übrigen dem Bett A zugeordneten Ventile (1A, 3A, 2A₁ 5A) sind geschlossen.

Zusammenfassend ist festzuhalten, daß bei der AusfUhrungsform nach Figur 5 Einsatzluft mit dem höchsten Überdruck eingeleitet und Sauerstoff mit im wesentlichen dem gleichen Druck abgegeben wird. Im Anschluß daran erfährt das erste Bett eine Gleichstromdruckminderung, wobei Sauerstoff vom Austrittsende des ersten Bettes aus während des ersten Teils der Gleichstromdruckminderung zum Austrittsende eines teilweise wiederaufgedrückten dritten

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Bettes zurückgeführt wird, um das dritte Bett weiter wiederaufzudrücken, bis ein Druckausgleich zwischen erstem und drittem Bett bei dem ersten höheren Druck stattgefunden hat, Während des zweiten Teils der Gleichstromdruckminderung des ersten Bettes· wird der austretende Sauerstoff zum Austrittsende des gespülten vierten Bettes zurückgeleitet, um das vierte Bett teilweise wiederaufzudrücken, bis es zu einem Druckausgleich zwischen erstem und viertem Bett bei dem zweiten niedrigeren Druck gekommen ist. Das erste Bett erfährt dann eine.Segenstromdruckminderung, worauf es mit Sauerstoffgas vom Austrittsende des dritten Bettes gespült wird, während das dritte Bett Einsatzluft aufnimmt.

Das gespülte erste Bett wird mit Sauerstoffgas aus der Gleichstromdruckminderung des zweiten Bettes teilweise wiederaufgedrückt, bis ein Druckausgleich zwischen erstem und zweitem Bett bei dem zweiten niedrigeren Druck herbeigeführt ist. Das teilweise wiederaufgedrUckte erste Bett wird für eine gewisse Zeitspanne abgetrennt, worauf es mit Sauerstoffgas aus der Gleichstromdruckminderung des dritten Bettes weiter wiederaufgedrückt wird, bis ein Druckausgleich zwischen den Betten bei dem ersten höheren Druck stattgefunden hat. Das erste Bett wird anschlieSend mit Sauerstoffgas vom Austrittsende des vierten Bettes weiter wiederaufgedrückt, während das vierte Bett Einsatzgas aufnimmt. Die obengenannten Stufen werden der Reihe nach für das zweite, dritte und vierte Bett wiederholt, wie dies aus der Takt folge der Figur 5 hervorgeht.

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Die Ausführungsformen nach den Figuren 3 bis 5 eignen sich in besonderer Weise für Anwendungsfälle, bei denen das Sauerstoffproduktgas einen erheblichen Druck haben soll, das heiet einen dem Druck der komprimierten Einsatzluft nahekommenden relativ hohen Druck. Die Figuren 6 bis 8 zeigen demgegenüber Ausführungsformen, die mit drei Adsorberbetten arbeiten und die vorzugsweise eingesetzt werden können, wenn das Sauerstoffproduktgas mit einem nur geringfügig über dem Atmosphärendruck liegenden Druck verbraucht werden soll, beispielsweise als Belüftungsgas für eine Belebtschlamm-Abwasserbehandlung. Bei diesen Ausführungsformen wird mindestens der größere Teil der Einsatzluft in Verbindung mit einem Druckanstieg im Adsorberbett eingeleitet. Der Bettdruck steigt an, weil die augenblickliche resultierende Gaseinleitungsmenge (einströmendes Gas minus abströmendes Gas) die Adsorptionsfähigkeit des Bettes übertrifft. Diese Ausführungsformen unterscheiden sich von den Ausführungsbeispielen, bei denen mindestens der gröSere Teil der Einsatzluft während einer mit im wesentlichen konstantem Druck ablaufenden Adsorptionsstufe eingeleitet wird, das heiSt bei denen die resultierende Menge der Einsatzgaszufuhr gleich der Adsorptionsfähigkeit des Bettes ist.

Figur 6 zeigt drei Adsorberbetten A, B und C, die strömungsmäSig parallel zwischen eine Einsatzluft-Sammelleitung 111, eine Sammelleitung 112 für austretendes Sauerstoffgas, eine Sauerstoffspülleitung 113 und eine Abgassammelleitung 114 geschaltet sind. Automatische Ventile 115A₁ 115B und 115C lassen Einsatzluft in das erste Bett A₁ das zweite Bett B bzw. das dritte Bett C ein-

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treten. Über automatische Ventile 116A₁ 116B und 116C gelangt austretendes Sauerstoffgas von den Betten in die Sammelleitung 112. Die Spülleitung 113 ist an eine Sauerstoffaustrittsleitung am Austrittsende der drei Betten angeschlossen. Sauerstoffspülgas wird den Betten A, B und C über automatische Ventile 117A, 117B und 117C im Gegenstrom zur Richtung des Einsatzluftstromes zugeführt. Automatische Ventile 118A, 118B und 118C stehen mit der Abgassammelleitung 114 am Eintrittsende der betreffenden Betten in Verbindung, um Gegenstromdruckminderungsgas und Spülgas austreten zu lassen. Ventile 119A, 119B und 119C, die am Austrittsende der Betten vor den Sauerstoffaustrittsventilen 116A, 116B bzw. 116C liegen, sind von Hand einstellbar und begrenzen die Durchflußmenge des Druckausgleichsgases.

Figur 7 zeigt eine in Verbindung mit der Anordnung nach Figur geeignete Taktfolge, bei der sechs unterschiedliche Stufen vorhanden sind. Innerhalb jeder dieser Stufen werden Gasströme eingeschaltet und/oder abgeschaltet. Strome, die in das Dreibettsystem hinein-und aus diesem herausfließen, sind durch lotrechte Linien für den Gasfluß in der Einsatzluftsammelleitung 111 und in der Sammelleitung 112 für austretendes Sauerstoffgas angedeutet. Die Einsatzluft-Sammelleitung 111 ist waagrecht mit jedem der drei Adsorberbetten verbunden; letztere sind ihrerseits waagrecht an die Sammelleitung 112 für austretendes Sauerstoffgas angeschlossen. Die Wiederaufdrück- und Spülstufen, bei denen ein Teil ₍des austretenden Sauerstoffs benutzt wird, sind horizontal mit denjenigen Stufen verbunden, die das zurückgeführte Sauer-

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stoffgas liefern, das heißt mit der Gleichstromdruckminderungsstufe und der Druckausgleichsstufe. Alle zwischen den Betten auftretenden Gasströme sind in der Figur entsprechend bezeichnet.

Aus Figur 7 ist zu erkennen, da8 zu jedem Zeitpunkt eines der Adsorberbetten Sauerstoff mit fortschreitend abnehmendem Druck an die Sammelleitung 112 liefert, und zwar das Bett C während der Zeitspanne O bis 40 Sekunden, das Bett A während der Zeitspanne 4O bis 8O Sekunden und das Bett B während der Zeitspanne 8O bis 12O Sekunden. Dementsprechend geht an den Verbraucher ein kontinuierlicher Produktsauerstoffstrom.

Bei der gezeigten Taktfolge nimmt bezogen auf ein einzelnes Bett das Wiederaufdrücken ein Drittel des gesamten Arbeitsspiels, die Sauerstoffabgabe und der gleichzeitige Druckausgleich oder die Gegenstromdruckminderung ein weiteres Drittel sowie die Gegenstromdruckminderung und das Spülen das restliche Drittel des Arbeitsspiels ein. Die Ausnutzung eines Teils des aus einem bestimmten Bett austretenden Sauerstoffs innerhalb des Systems als Druckausgleichs- und Gleichstromdruckminderungsgas ist durch waagrechte Stromlinien angedeutet. Jede Druckausgleichsstufe ist waagrecht mit einer Wiederaufdrückstufe eines anderen, bereits gespülten Bettes verbunden. Ferner ist jede Gleichstromdruckminderungsstufe waagrecht mit einer Spülstufe eines anderen Bettes verbunden, das gerade eine Gegenstromdruckminderung erfahren hat.

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Im folgenden ist jede Stufe des Arbeitsspiels des Bettes A unter Bezugnahme auf diejenigen Anlagenteile der Figur 6 erläutert, die bei den betreffenden Arbeitsvorgängen für die Luftzerlegung unter Verwendung von Kalziumzeolith A als Adsorptionsmittel eine Rolle spielen.

Zeit O bis 15: Das Bett A wird wiederaufgedruckt j der Druck im Bett B wird im Gegenstrom abgesenkt; das Bett C erfährt e.inen Druckausgleich, Die Ventile 115A und 116A sind offen, während die Ventile 117A und 118A schließen. Einsatzluft wird dem Bett A über das Eintrittsende von der Sammelleitung 111 aus zugeführt. Gleichzeitig strömt Sauerstoffgas von der Sammelleitung 112 aus in das Austrittsende des Bettes A ein. Dieser Sauerstoffstrom wird vom Bett C Über das Regelventil 119C und das Ventil 116C abgeleitet und gelangt Über das Ventil 116A und das Regelventil 119A zum Bett A. Der Druck im Bett C wird während dieser Zeitspanne im Gleichstrom abgesenkt. Der Gasstrom dauert an, bis die Drllcke der Betten A und C im wesentlichen ausgeglichen sind und ein Druckwert von ungefähr 2,39 kp/cm erreicht ist. Während dieser Zeitspanne fließt ein starker Druckausgleichsgasstrom, während die Durchflußmenge der von einem Kompressor 120 kommenden Einsatzluft begrenzt ist, sodaß der größere Teil des zum Wiederaufdrucken des Bettes A von 1,05 auf 2,39 kp/cm dienenden * Oases yon austretendem Sauerstoff gebildet wird« Das Sauerstoffgas kann beispielsweise bei der Luftzerlegung einen Anteil von 72 % ausmachen. Während dieser Zeitspanne wird ferner ein weiterer Teil des das Bett C verlassenden Sauerstoffgases als Pro-

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duktgas über die Sammelleitung 112 abgegeben.

Zeit 15 bis 40: Das Ventil 116A schließt jetzt. Dem Bett A strömt nur noch Einsatzluft zu bis der Enddruck von 3,87 kp/cm erreicht ist. Damit ist die Wiederaufdrückphase des Bettes A abgeschlossen. Während des Wiederaufdrückens wird eine Stickstoffadsorptionsfront nahe dem Einlaßende des Bettes A ausgebildet; diese. Adsorptionsfront verlagert sich fortschreitend in Richtung auf das Austrittsende. Die Menge der Einsatzluft ist im Verhältnis zu dem für das Aufdrucken verwendeten Sauerstoffgas so bemessen, daß nach Abschluß der Wiederaufdrückphase eine vorbestimmte unbeladene Bettstrecke zwischen der Stickstoffadsorptionsfront und dem Austrittsende verbleibt.

Zeit 40 bis 55: Die Druckausgleichsstufe des Bettes A beginnt mit dem Schließen des Ventils 115A und dem Öffnen der Ventile 116A und 116B₁ wobei der Druck im Bett im Gleichstrom abgesenkt wird, indem Gas anvAustrittsende freigesetzt wird. Dieses Gas strömt durch die unbeladene Bettstrecke. Innerhalb dieser Strekke wird die Stickstoffkomponente adsorbiert. Das austretende Sauerstoffgas wird geteilt. Sauerstoffproduktgas strömt über ein Regelventil 121 in der Sammelleitung 112 zu der hinter dem Regelventil 121 liegenden Verbraucherleitung, und zwar in einer

Durchflußmenge, die die Verbraucherleitung auf einem geeigneten

niedrigen Druck, beispielsweise auf 1,41 kp/cm , hält. Der restliche größere Teil des Sauerstoffgases gelangt Über die Ventile 116B und 119B zum Austrittsende des Bettes B, um dieses teilweis·

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wiederaufzudrücken. Das Bett B war zuvor von Stickstoffadsorbat befreit worden. Es liegt zunächst auf dem niedrigsten Druckwert der Anlage, beispielsweise auf ungefähr 1,05 kp/cm . Der Sauerstoffstrom vom Bett A zum Bett B dauert ungefähr 15 Sekunden lang an, bis die beiden Betten im wesentlichen auf dem gleichen Druck liegen, beispielsweise auf 2,39 kp/cm .

Zeit 55 bis 80: Zusätzliches Sauerstoffgas wird am Austrittsende des Bettes A^freigesetzt, wobei der Druck des Bettes A im Gleichstrom weiter vermindert wird. Ein Teil des Sauerstoffgases gelangt durch Schließen des Ventils 116B und Öffnen des automatischen Ventils 117C in der Spülleitung zum Austrittsende des Bettes C. Stickstoffadsorbat wird bei einem Druck von ungefähr 1,05 kp/cm ausgetrieben. Ventile 123 und 124 verringern den SpUlgasdruck auf einen geringfügig Über dem Atmosphärendruck liegenden Wert und halten die Durchflußmenge des SpUlgases konstant. Dies hält seinerseits die Gesamtspulgasmenge konstant, da die Spülphase vorzugsweise eine fest vorgegebene Zeitdauer hat. Die Durchflußmenge wird mittels des Regelventils 123 auf einem konstanten Wert gehalten. Das Ventil 123 hält den Druck zwischen den beiden Ventilen 123 und 124 konstant. Aus dem Eintrittsende des Bettes C austretendes Abgas strömt über das automatische Ventil 118C in der Abgassammelleitung 114 und wird über ein automatisches Abgasablaßventil 125 freigesetzt. Das Ventil 125 stellt kein Absperrventil sondern einen Durchflußmengenbegrenzer dar. Im SchlieSzustand sorgt das Ventil 125 für eine Durchflußmengenbegrenzung in der Abgassammelleitung 114, die die Druckminderungs-

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geschwindigkeit auf einen Wert herabsetzt, bei dem die Adsorptionsmittel teilchen keinen Schaden leiden. Für den Spülgasabzug wird das Ventil 125 dagegen geöffnet, das hei8t die Durchflußmengenbegrenzung beseitigt, da der Spülgasstrom bereits durch die Ventilgruppe 123, 124 begrenzt wird. Ein weiterer Teil des das Bett A verlassenden Sauerstoffgases wird als Produktsauerstoff abgegeben. Während dieser Phase sinkt der Druck des Bettes A und der Sammelleitung 12 weiter ab, bis er einen Wert von ungefähr 1,51 kp/cm erreicht. Dies ist nach ungefähr 25 weiteren Sekunden der Fall (das heißt 80 Sekunden nach Einleiten des Arbeitsspiels oder nach 2/3 des Gesamtspiels). Der niedrigste Druckgrenzwert der Gleichstromdruckminderung von beispielsweise 1,51 kp/cm muß eingehalten werden, da dieser Druck dem bevorstehenden Durchbruch der Adsorptionsfront am Austrittsende des Bettes entspricht. Damit ist die Produktionsphase des Bettes A abgeschlossen. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel liegt das Verhältnis zwischen dem Druck des Einsatzgases und dem Enddruck der Gleichstromdruckminderung bei ungefähr 55/21,5 « 2,56.

Zeit 80 bis 95: Das Bett A beginnt jetzt mit der Stickstoffadsorbatdesorptionsphase, indem die Ventile 116A und 117C schließen, während das Ventil 118A öffnet. Zusätzliches Gas wird bei einem Druck von 1,51 kp/cm am Eintrittsende des Bettes A freigesetzt, um für eine Gegenstromdruckminderung des Bettes A über die Abgassammelleitung 114 und das Ablaßventil 125 zu sorgen. Das Ventil 125 schließt während dieser Phase, um für die oben erläuterte Strömungsbegrenzung zu 3orgen und übermäßige Durchfluß-

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ORIGINAL INSPECTHD

mengen des aus dem Bett abströmenden Gases zu vermeiden. Dies dauert an, bis der Druck nach ungefähr 15 Sekunden auf einen etwas über dem Atmosphärendruck liegenden Wert gesunken ist.

Zeit 95 bis 120: Aus dem Bett A wird restliches Stickstoffadsorbat durch Öffnen der Ventile 117A und 125 ausgespült. Zusätzliches Sauerstoffgas vom Austrittsende des Bettes B durchströmt die Sammelleitung 112, die Ventile 123, .124 und die Spülleitung 113, um schließlich über das Ventil 117A zum Austrittsende des Bettes A zu gelangen. Das am Eintrittsende des Bettes A austretende stickstoffhaltige Spülgas strömt über das Ventil 18A ab und wird über das AblaBventil 125 abgeführt. Die Spülphase dauert 25 Sekunden lang an. Mit ihr ist das volle Arbeitsspiel von 12O Sekunden Dauer abgeschlossen. Das Bett A kann nun in der zuvor beschriebenen Weise wiederaufgedrückt werden.

Die Betten B und C durchlaufen nacheinander die obengenannten Stufen, wobei das Bett B mit Einsatzluft und austretendem Sauerstoff gas wiederaufgedrückt wird, während die Druckausgleichs* phase des Bettes A abläuft (Zeitspanne 4O. bis 55. Sekunde). Das Wiederaufdrucken des Bettes C mit Einsatzluft und Sauerstoff erfolgt während der Gegenstromdruckminderung des Bett·» A {Zeitspanne 30. bis 95. Sekunde). Die erforderlichen VentiIuYWitellungen für diese Stufen ergeben sich aus den Figuren 6 unü 1 und der obigen Beschreibung« Zur Einleitung und Koordinierte d#,f Ventilumstellungen ist ein Taktsteuersystem vorgesehen. Öef Takt· .* regler kann beispielsweise ein Signal von einem druckemptindli·*

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chen Fühler aufnehmen, der hinter dem Kompressor 12O in der Einsatzluftsammelleitung 111 liegt.

Das Taktprogramm nach Figur 7 kann ohne weiteres auch abgewandelt werden. Beispielsweise braucht die Dauer der Spülstufe nicht genau mit der Gleichstromdruckminderungsstufe des das Spülgas liefernden Bettes zusammenfallen. Die Spülstufe des Bettes A kann abgeschlossen werden kurz bevor die Gleichstromdruckminderungsstufe des Bettes B beendet ist. Das gespülte Bett A kann dann während der betreffenden kurzen Zeitdauer abgetrennt werden, bevor das WiederaufdrUcken des Bettes A beginnt. Dementsprechend wird das gesamte Gleichstromdruckminderungsgas des Bettes B während der Abtrennung des Bettes A als Produktsauerstoff abgegeben; es wird nicht ein Teil dieses Gases innerhalb der Anlage benutzt.

Figur 8 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Taktfolge für das Dreibettsystem nach Figur 6. Abweichend von der Taktfolge nach Figur 7 sind während der Druckminderung jedes Bettes statt einer zwei Druckausgleichsstufen vorgesehen, wobei die zweite, bei niedrigerem Druck ablaufende Druckausgleichsstufe einen Teil der Gleichstromdruckminderungsstufe des sauerstoffabgebenden Bettes umfaSt. Dies erlaubt bei gleicher Produktreinheit eine höhere Produktausbeute. Ein stufenweiser Vergleich der Figur 8 mit der Figur 7 (beispielsweise für das Bett A) zeigt, daß die Wiederaufdrückphase unter gleichzeitiger Verwendung von Einsatzluft und austretendem Sauerstoffgas die gleiche Dauer (O. bis 15. Sekunde) hat. Auch die Gesamtdauer der weiteren Wiederauf-

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drückphase unter Verwendung von Einsatzluft auf den höchsten Überdruck des Verfahrens ist die gleiche (15. bis 35. und 35. bis 40. Sekunde). Die erste Stufe der Druckausgleichsphase nach Figur 8 ist ähnlich der einzigen Druckausgleichsstufe gemäß Figur 7 (40. bis 55. Sekunde), mit der Ausnahme, daß sie bis auf einen Druck von 2_f67 kp/cm statt bis auf einen Druck von 2,39 kp/

cm durchgeführt wird.

Während des zweiten Teils der Druckausgleichsphäse der Gleichstromdruckminderung (75. bis 80. Sekunde) wird mehr Sauerstoffgas am Austrittsende des Bettes A freigesetzt und in das Austrittsende des Bettes C eingeleitet. Das Ventil 118C wird geschlossen, so daß das Bett C teilweise wiederaufgedrückt wird. Gas fließt, bis die GasdrUcke in den Betten A und C im wesentlichen gleich sind. Dies ist nach ungefähr fUnf Sekunden der Fall; der erreichte Druck beträgt ungefähr 1,41 kp/cm .

Die Gegenstromdruckminderungsstufen der Figuren 7 und 8 sind von gleicher Dauer (80. bis 95. Sekunde), bei dem Programm nach Figur 8 ist jedoch die Spulstufe um fünf Sekunden kürzer (95. bis 115. Sekunde statt 95. bis 120. Sekunde). Während der letzten fünf Sekunden der Taktfolge wird das gespülte Bett teilweise wiederaufgedrückt, indem am Austrittsende des Bettes B freigesetztes Sauerstoffgas in das Austrittsende des ersten Bettes eingeleitet wird, bis ein Druckausgleich zwischen den beiden Betten auf einen Wert von ungefähr 1,41 kp/cm stattgefunden hat. Dies stellt die zweite Druckausgleichsstufe des Bettes B

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Die oben beschriebene mit drei Adsorberbetten arbeitende AusfUhrungsform, die bevorzugt verwendet wird, wenn das Sauerstoffproduktgas bei niedrigem Druck abgegeben werden soll, arbeitet also wie folgt. Das erste Bett befindet sich zunächst auf dem niedrigsten Überdruck; Stickstoffadsorbat ist ausgespült. Einsatzluft und Sauerstoffgas werden gleichzeitig vom Eintrittsende bzw. vom Austrittsende des ersten Bettes aus zunächst mit dem höchsten Druck von 2,81 bis 4,92 kp/cm eingeleitet. Gleichzeitig wird Sauerstoffgas am Austrittsende eines dritten Bettes freigesetzt, das zunächst auf dem höchsten Überdruck lag. Ein Teil dieses Gases wird als Produktgas abgegeben. Der restliche Teil wird zum Austrittsende des ersten Bettes zurückgeführt,um gleichzeitig mit der Einsatzluft in das erste Bett einzuströmen. Der Sauerstoffstrom dauert an, bis die Drücke von erstem und drittem Bett bei dem ersten höheren Wert ausgeglichen sind. Nachdem das Einleiten von Sauerstoffgas in das Austrittsende abgeschlossen ist, wird weiter Einsatzgas in das Eintrittsende des ersten Bettes eingeleitet, bis das Bett auf den höchsten Überdruck wiederaufgedruckt ist. Sauerstoff wird dann vom Austrittsende des wiederaufgedruckten ersten Bettes freigegeben, wobei ein Teil des Gas·« als Produktgas abgeht, während der Rest zum Austrittsend· eines teilweise wiederaufgedrückten zweiten Bettes zurückgeführt wird, während gleichzeitig Einsatzluft über das Eintrittsend· des zweiten Bettes einströmt. Der Sauerstoffstrom dauert an, bis die Drucke von erstem und zweitem Bett bei dem ersten höheren Druckwert ausgeglichen sind. Es erfolgt dann eine

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des ersten Bettes inn Gleichstrom auf 1,12 bis 2_;,25 Skp/om². Dabei wird ein Teil des Sauerstoffes als Produktgas abgegeben, Per Rest wird wänrend des ersten Teils der SleicihstroTTtdruiickifiiinderung zum Austrittsende des dritten Bettes zurückgeführt., -um aus dem dritten Bett Stickstoffadsoribat auszuspülen. Nach .Abschluß des Spill vor ganges des dritten Bettes wird der restlicfhe Teil des Sauerstoffs des ersten Bettes zum Austrittsende des dritten Bettes zurückgeführt ibis die Drücke von erstem und drittem Bett bei dem zweiten niedrigeren Druckwert ausgeglichen sind. Der Druck des ersten Bettes wird dann ii !abgesenkt,, worauf Sauerstoff aus der
des zweitem Bettes zum Austrittsende des ersten Bettes zurüekgeleitei: wird,·, um das erste Sett zu spülen» Die ©»en erläuterten Schritt® laufen nacheinander entsprechend der Taktfolge der Figur S für das zweite und dritte Bett ab» Das Sauerstoffmassenverhältnis von Einsatzgassauerstoff i Sauerstoffgas vom Austrittsende des ersten bis dritten Bettes 2 zurückgeführtetn Sauerstoff liegt bei ι'35-9,5:4-9,1 .

Die mit dsm beschriebenen Verfahren erzieloaren Vorteile lassen sich aus den folgenden Versuchsbeispielen erkennen. Es wurde dabei eine Anordnung gemäS Figur 6 mit einem Taktprogramm gemäS den Figuren 7 und 8 verwendet»

Beispiel 2

Jedes der drei Aasorberbetten hatte einen Innendurchmesser von 0,66 rn und war 2,43 m lang, Die Betten enthielten jeweils

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590 kg Kalziumzeolith A₁ dessen Teilchengröße bei 1,58 mm lag.

ο
Luft wurde auf 3,87 kp/cm komprimiert und der Anlage mit einer mittleren Durchflußmenge von 172 000 l/h (Normalbedingungen 76Ό mm Hg, 2O C) ohne Vorbehandlung, das heißt ohne Trocknen oder OOp-Beseitigung, zugeführt. Unter Verwendung der Taktfolge gemäß Figur 7 wurde jedes Bett wiederaufgedrückt, indem gleichzeitig Druckluft und Sauerstoffgas bis zu einem Ausgleichsdruck

2 2

von ungefähr 2,39 kp/cm (2,46 kp/cm fUr das das Gas liefernde

Bett und 2,32 kp/cm für das das Gas aufnehmende Bett) eingeleitet wurden. Die letzte Phase der Wiederaufdruckstufe wurde mit Druckluft auf den vollen Wert von 3,87 kp/cm fortgesetzt. Sodann erfolgte ein Druckausgleich des voll wiederaufgedruckten Bettes auf ungefähr 2,39 kp/cm unter gleichzeitiger Abgabe von Produktsauerstoff. Der Druck des Bettes wurde im Gleichstrom weiter auf ungefähr 1,51 kp/cm abgesenkt, während gleichzeitig Spülgas für ein anderes Bett und Produktgas abgegeben wurde. Daran schlossen sich eine Gegenstromdruckminderung auf ungefähr 1,12 kp/cm und ein GegenstromspülVorgang auf dem gleichen Druckwert an. Sauerstoffproduktgas wurde in einer Menge von 21 050 l/h (Normalbedingungen) bei einem Druck von 1,41 kp/cm und einer Reinheit Von 90,9 % Sauerstoff abgegeben. Die Sauerstoffproduktgasausbeute betrug 53 % des Sauerstoffs, der mit dem Einsatzgas der Anlage zugeführt wurde. Diese Ausbeute ist wesentlich höher als die Ausbeute, die beispielsweise mit Hilfe der Vierbettanlage gemäß der US-PS 3 430 418 erzielt werden kann. Die Investitionskosten für die Adsorberbetten und die zugehörigen Rohrverbindungen werden um ungefähr ein Viertel gesenkt. Bei diesem Ausführungsbei-

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spiel hatte das Verhältnis zwischen dem Druck des Einsatzgases und dem Enddruck der Gleichstromdruckminderung einen Wert von ungefähr 55/20 * 2,74. Das Sauerstoffmassenverhältnis von Einsatzgassauerstoff : am Austrittsende der drei Betten austretendem Sauerstoffgas : zurückgeführtem Sauerstoffgas lag bei ungefähr 1:5:4,47,

Beispiel 3

Es wurde die gleiche Anlage wie im Beispiel 2 benutzt, der Druckausgleich erfolgte jedoch entsprechend Figur 8 zweistufig. Druckluft wurde der Anlage mit einem Druck von 3,87 kp/cm und einer mittleren DurchfluBmenge von 182 500 l/h (Normalbedingungen) ohne Vorbehandlung zugeführt. Jedes Bett wurde wiederaufgedrückt, indem zunächst für einen Druckausgleich mit einem zweiten Bett auf einen niedrigeren Druck von ungefähr 1,41 kp/cm gesorgt wurde, indem dann ein Druckausgleich mit einem dritten Bett auf einen höheren Druck von ungefähr 2,67 kp/cm erfolgte, während gleichzeitig Einsatzluft zugeführt wurde, und indem schließlich nur Druckluft bis zum Erreichen des Wertes von 3,87 kp/cm zugeführt wurde. Sodann erfolgte ein erster Druckausgleich des Bettes mit einem zweiten Bett auf einen Druck von ungefähr 2,67 kp/cm , während gleichzeitig Sauerstoffproduktgas abgegeben wurde. Dann wurde der Druck des Bettes im Gleichstrom gesenkt, wobei Spülgas für ein drittes Bett abgegeben und auSerdem Sauerstoffproduktgas geliefert wurde, bis der Druck im ersten Bett auf 1,79 kp/cm abgefallen war. Während des anschlieöenden zweiten Druckausgleichteiles der Gleichstromdruckminderungsstufe mit

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einem dritten Bett unter gleichzeitiger Abgabe von Prodkuktseaiuier— stoff lag der Enddruek bei 1,41 kp/cm . Der Druck des Bettes wards dann im Gegenstrom auf einen Spüldruck von ungefähr Ί _MO9 cm gesenkt, worauf mit Sauerstoff yom zweiten Bett gespiüilt Sauerstoff produktgas wurde mit einer DurchfluBmenge vor» 2H t©Q> IJf h {unter Normalbedingungen) bei einem Druck von 1,41 kp/om uiimaü einer Reinheit von 9O % Sauerstoff abgegeben. Die Sauerst©1fffpinn>— duktausbeute betrug 55,5 % des der Anlage zugefüfarten Smtiieirstolfifs. Diese Ausbeute ist vergleichbar mit der Atisbeute, die öei dung des Vierbettsystems mit zweistufigem Druckausgleich den Figuren 3 und 4 erzielbar ist. Das Verhältnis zwisOhem Druck des Einsatzgases und dem Enddruck der Sleichstraiitillraitcfcniiimderung betrug wieder 2,74, Das Sauerstoffmasseinvernaltnis wsm Einsatzgassauerstoff ·. Sauerstoff am Austrittsende der drei Betten : zurückgeführtem Sauerstoffgas lag bei ungefähr 1:5i4_i,44«

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Claims

Ansprüche

1. Verfahren zum Zerlegen von Luft in einem adiabatischen Druckkreisprozeß, bei dem Stickstoff alternierend in mindestens drei Zeolith-Molekularsieb-Adsorberbetten bei Umgebungstemperatur selektiv adsorbiert wird, indem Einsatzluft am Eintrittsende eines ersten Adsorberbettes unter einem höchsten Überdruck eingeleitet wird, Sauerstoff am Austrittsende abgeleitet und mindestens ein Teil des Sauerstoffs einem gespülten Bett zum teilweisen Wiederaufdrücken des Bettes zugeführt wird, weiterer Sauerstoff am Austrittsende des ersten Bettes freigesetzt und damit der Druck des ersten Bettes im Gleichstrom herabgesetzt wird, die Gleichstromdruckminderung beendet wird, wenn das erste Bett einen niedrigeren Überdruck erreicht hat, ein Teil des Sauerstoffs vom ersten Bett als Produktgas abgezogen und der restliche Sauerstoff zum Wiederaufdrücken und Spülen anderer Adsorberbetten zurückgeleitet wird, Abgas am Eintrittsende des ersten Bettes freigesetzt und dadurch der Druck dieses Bette's im G§.genstrom abgesenkt wird, Sauerstoff gas vom Austrittsende eines anderen Adsorberbettes dem Austrittsende des ersten Bettes als Spülgas zugeleitet und durch das Bett mit einem niedrigsten Überdruck zwecks Desorption des Stickstoffadsorbats hindurchgeschickt wird, das stickstoffadsorbathaltige Spülgas vom Eintrittsende des ersten Bettes als Abgas abgezogen sowie Sauerstoffgas vom Austrittsende eines weiteren Adsorberbettes mit einem über dem niedrigsten Überdruck liegenden Druck dem gespülten ersten Bett zugeführt wird, um dieses mindestens teil-

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weise wiederaufzudrücken, dadurch gekennzeichnet» daß die Einsatzluft dem ersten Bett bei einem höchsten Druck von 2,81 bis 7,38 kp/cm zugeführt und die Gleichstromdruckminderung bei

2 einem niedrigeren Druck von 1,12 bis 2,81 kp/cm beendet wird, wobei das Verhältnis zwischen dem Druck des Einsatzgases und dem Enddruck der Gleichstromdruckminderung mindestens 1,5 beträgt, und daß ein Sauerstoffmassenverhältnis von Einsatzgassauerstoff: am Austrittsende des ersten Bettes austretendem Sauerstoffgas : zurückgeführtem Sauerstoffgas von 1;5-13,5:4-13,1 aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzluft dem ersten Bett bei einem höchsten Druck von 2,81 bis 4,92 kp/cm zugeführt, die Gleichstromdruckminderung bei einem niedrigeren Druck von 1,12 bis 2,25 kp/cm beendet und das Sauerstoffmassenverhältnis von Einsatzgassauerstoff : am Austrittsende des ersten Bettes austretendem Sauerstoffgas : zurückgeführtem Sauerstöffgas bei 1:5-9,5:4-9,1 gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 unter Verwendung von vier Adsorberbetten, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzluft dem ersten Bett mit dem höchsten Überdruck zugeführt und gleichzeitig Sauerstoff mit im wesentlichen dem gleichen Druck abgeleitet wird, das erste Bett mit dem zweiten Bett bei einem höheren Druck zu einem ersten Druckausgleich gebracht und der Druck des ersten Bettes in Gleichstrom abgesenkt wird, wobei am Austrittsende des ersten Bettes abgezogener Sauerstoff während des

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ersten Teils der Gleichstromdruckminderung zu dem Austrittsende eines dritten Bettes, dessen Druck im Gegenstrom abgesenkt wurde, als Spülgas für die Desorption von Stickstoffadsorbat zurückgeführt wird, worauf der Sauerstoff zu dem gereinigten dritten Bett zwecks teilweisen Wiederaufdrückens derselben zurückgeführt wird, bis das erste und das dritte Bett zu einem zweiten Druckausgleich bei einem niedrigeren Druck gebracht sind, daB der Druck des ersten Bettes im Gegenstrom gesenkt und das erste Bett mit Sauerstoffgas vom Austrittsende eines vierten Bettes gespült wird, dessen Druck im Gleichstrom gesenkt wird, daß das erste Bett mit Sauerstoffgas vom vierten Bett während des zweiten, bei niedrigerem Druck ablaufenden Druckausgleichs des vierten Bettes teilweise wiederaufgedrückt wird, das erste Bett dann mit Sauerstoffgas von dem zweiten Bett während des ersten bei höherem Druck stattfindenden Druckausgleichs des zweiten Bettes weiter wiederaufgedrückt wird, und das erst. Bett schließlich mit Einsatzluft auf den höchsten Überdruck wl: deraufgedruckt wird, worauf die genannten Schritte der Reins nach für das vierte, zweite und dritte Bett durchgeführt werden (Fig.

4).

., Verfahren nach Anspruch 1 unter Verwendung von vier Better dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzluft dem ersten Bett mit dem höchsten Überdruck zugeführt und gleichzeitig Sauerstoff mit im wesentlichen dem gleichen Druck abgeleitet wir,-;, der Druck des ersten Bettes im Gleichstrom abgesenkt wird, wobei Sauerstoff vom Austrittsende des ersten Bettes während des

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-rsten Te Is der Gleichstromdruckminderung zu dem Austrittsende nnes teilweise wiederaufgedrückten dritten Bettes zum weiteren Hederaufdrücken dieses Bettes zurückgeführt wird, bis das er- -:te und d js dritte Bett zu einem ersten Druckausgleich bei hö-.srem Druck gebracht sind, worauf der Sauerstoff während des weiten T ils der Gleichstromdruckminderung zum Austrittsende ines gee -ülten vierten Bettes zurückgeführt wird» um dieses ■eilweise wiederaufzudrücken, bis ein zweiter Druckausgleich ■Ischen Jem ersten und vierten Bett bei einem niedrigeren Druck ■jrbe:'g<~ hr> ist, daß der Druck des ersten Bettes im Gegenstrom üenkt d das erste Bett mit Sauerstoffgas vom Austrittsende u.-It¹ in Bettes gespült wird, während dem dritten Bett Ein-ύϊ?. ft zugeführt wird, daß das erste Bett mit Sauerstoffgas

s einer Gleichstromdruckminderung des zweiten Bettes teilweise wiederjufgedrückt wird, bis ein zweiter Druckausgleich zwischen dem ersten und dem zweiten Bett bei dem niedrigeren Druck ηjrbeigefihrt ist, daß das teilweise wiederaufgedrückte erste Sett für eine Zeitspanne abgetrennt und danach mit Sauerstoffgas aus c 3Γ Gleichstromdruckminderung des dritten Bettes weiter

iederaufgedrückt wird, bis ein erster Druckausgleich zwischen dem ersten und dem dritten Bett auf den höheren Druck stattgefunden hat, daß das erste Bett mit Sauerstoffgas vom Austrittsende des vierten Bettes weiter auf den höchsten Überdruck wiederaufgedrückt wird, während dem vierten Bett Einsatzgas zugeführt wird, und daß die genannten Schritte der Reihe nach für das zweite, dritte und vierte Bett durchgeführt werden (Fig. 5).

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5. Verfahren nach Anspruch 1 unter Verwendung von drei Adsorberbetten, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bett zunächst auf dem niedrigsten Überdruck gehalten und von Stickstoffadsorbat befreit ist, daß Einsatzluft und Sauerstoffgäs gleichzeitig dem Eintrittsende bzw. dem Austrittsende des ersten Bettes zunächst mit dem höchsten Druck von 2,81 bis 4,92 kp/cm zugeführt werden und gleichzeitig Sauerstoffgas am Austrittsende eines dritten Bettes freigesetzt wird, das zunächst auf dem höchsten Überdruck liegt, wobei ein Teil des Sauerstoffs als Produktgas abgeleitet wird, während das restliche Sauerstoffgas zum Austrittsende des ersten Bettes zurückgeführt wird, bis ein erster Druckausgleich zwischen dem ersten und dem dritten Bett bei einem höheren Druck herbeigeführt ist, daß das Einlei-. ten von Einsatzluft in das Eintrittsende des ersten Bettes fortgesetzt wird, nachdem das Einleiten von Sauerstoffgas in das Austrittsende beendet wurde, bis das erste Bett auf den höchsten Überdruck wiederaufgedrückt ist, daß dann Sauerstoff vom Austrittsende des wiederaufgedrückten ersten Bettes freigesetzt und ein Teil dieses Sauerstoffes als Produktgas abgegeben wird, daß der restliche Sauerstoff zu dem Austrittsende eines teilweise wiederaufgedrückten zweiten Bettes zurückgeführt wird, während gleichzeitig dem Eintrittsende des zweiten Bettes Einsatzluft zugeführt wird, bis ein erster Druckausgleich zwischen dem ersten und dem zweiten Bett bei dem höheren Druck stattgefunden hat, daß der Druck des ersten Bettes im Gleichstrom auf 1,12 bis 2,25 kp/cm abgesenkt wird, wobei ein Teil des Sauerstoffs als Produktgas abgegeben wird, während der restliche

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Sauerstoff zu dem Austrittsende des dritten Bettes wahrend des ersten Teils der Gleichstromdruckminderung zurückgeführt wird, um das Stickstoffadsorbat auszuspülen, worauf der restliche Sauerstoff zu dem Austrittsende des dritten Bettes zurückgeführt wird, bis ein zweiter Druckausgleich zwischen dem ersten und dem dritten Bett bei dem niedrigeren Druck herbeigeführt ist, daß der Druck des ersten Bettes dann im Gegenstrom gesenkt, Sauerstoff aus der Gleichstromdruckminderung des zweiten Bettes zwecks Spülen des ersten Bettes zu dessen Austrittsende zurückgeführt und die genannten Schritte der Reihe nach für das zweite und dritte Bett durchgeführt werden, wobei ein Sauerstoffmassenverhältnis von Einsatzgassauerstoff : Sauerstoffgas, das an den Austrittsenden der drei Betten abezogen wird : zurückgeführtem Sauerstoffgas von 1;5-9,5:4-9,1 aufrechterhalten wird.

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