DE2548290A1 - Verfahren und vorrichtung zum zerlegen von luft - Google Patents

Description

UNION CARBIDE CORPORATION 27O Park Avenue, New York, N.Y. 1OO17, V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zum Zerlegen von Luft

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung 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 Stickstoffadsorptionsfront 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 gegenüberliegenden Ende (Austrittsende) des Bettes mit ungefähr dem Druck der Einsatzluft abgeleitet. Die Stickstoffadsorptionsfront bewegt sich fortschreitend in Richtung auf das Austrittsende. Die Adsorptionsphase wird beendet, wenn die Adsorptionsfront zwischen Eintritts-

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und Austrittsende liegt« Es erfolgt dann eine Gleichstromdruckminderung des Bettes, wobei austretender Sauerstoff am Austrittsende freigesetzt wird, während sich die Stickstoffadsorptionsfront in den zuvor nicht beladenen Abschnitt hineinbewegt, der dichter bei dem Austrittsende liegt« Das Gleichstromdruckminderungsgas kann teilweise als Sauerstoffproduktgas abgeführt und teilweise für eine Reihe von Zwecken zu anderen Adsorberbetten zurückgeleitet werden, beispielsweise zum Spülen und zum 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. Ein solches Verfahren ist im einzelnen in der US-PS 3 176 444 beschrieben.

Nach der Gleichstromdruckminderung erfährt das Bett für gewöhnlich eine weitere Druckminderung, indem Abgas am Eintrittsende freigesetzt, d. h. eine Druckminderung im Gegenstrom vorgenom-

k men 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, das Produktsauerstoff mit näherungsweise dem Druck

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der Einsatzluft liefert, ist in der US-PS 3 56d 816 beschrieben; es erfordert mindestens vier parallelgeschaltete Adsorberbetten. Ein weiteres Verfahren, bei dem mindestens drei parallel- ρ geschaltete Adsorberbetten notwendig sind und dos Produkt-Sauer-

5 stoff mit einem niedrigeren» nur wenig über dem Atmosphärendruck liegenden Druck liefert. _s ist aus der US-PS 3 636 6?9 bekannt. Ein weiteres Verfahren» bei dem jeweils zwei parailelgeschaltete Adsorberbetten vorgesehen sein müssen, ist in der US-PS 3 738 087 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird mit einer Adsorptionsphase mit steigendem Druck gearbeitet, wobei Einsatzluft dem Eintrittsende des teilweise wieder aufgedrückten Adsorberbettes mit einem höheren als dem vorstehend erwähnten Zwischendruck zugeführt und Stickstoff selektiv adsorbiert wird, während gleichzeitig Sauerstoffgas abgegeben wird_ä Die relativen Gasdurchflußmengen sind dabei so bemessen,.daß der Druck des Adsorberbettes während dieser Phase von dem Zwischendruck auf den höheren Druck am Ende der betreffenden Phase ansteigt.

In Versuchsanlagen wurden sowohl mit Dreibett- als auch mit Vierbettsystemen verhältnismäßig hohe Sauerstoffausbeuten erzielt. Beispielsweise lag bei Verwendung einer Vierbett-Calciumzeolith-A-Anlage mit einem Bettdurchmesser von 152 mm, bei der die Einsatzluft mit 21⁰C zugeführt und die aus der US-PS 3 564 816 be- ß

kannte Phasenfolge angewendet wurde, die Sauerstoffausbeute im

Falle einer Produktreinheit von 90 % O₂ bei 45,5 %. Bei einer * Anlage im industriellen Maßstab, die aus Calciumzeolith-A-Betten von 660 mm Durchmesser bestand, waren die Op-Ausbeuten jedoch

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wesentlich geringer als erwartet, nämlich 39,4 % und 42,3 % bei einer Einsatzlufttemperatur von 1O°C bz.w₀ 25,6°C„ Auch bei einer Dreibett-Calciumzeolith-A-Anlage von industriellem Maßstab (Bettdurchmesser von 660 mm), bei der die Einsatzluft bei einer Temperatur von 4,4 C zugeführt wurde_F war die O„-Ausbeute geringer als erwartet= Die Anlage stabilisierte sich auf eine Produktreinheit von nur 66 % bei einer Sauerstoffausbeute von nur 26,7 %. Bei einer Einsatzlufttemperatur von 43,3°C betrug die Sauerstoffausbeute nur 33,6 %_a

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes adiabatisches Druckkreisverfahren zur Luftzerlegung zu schaffen, das bei Anlagen in technischem Maßstab Sauerstoffausbeuten erlaubt, die äquivalent den für kleine Versuchsanlagen erhaltenen Werten sind.

Die Erfindung befaßt sich also mit einem adiabatischen Druckkreisprozeß und einer Vorrichtung zum selektiven Adsorbieren von Stickstoff aus Einsatzluft unter Erzeugung eines abströmenden Sauerstoffprodukts.

Eine der wichtigeren Eigenschaften eines Adsorptionsmittels ist seine Selektivität für die Komponenten eines Mehrkomponentensystems» Kristalline Zeolith-Molekularsiebe mit einer Porengröße von mindestens 4 Ä koadsorbieren Sauerstoff und Stickstoff aus Luft, wobei jedoch Stickstoff gegenüber Sauerstoff bevorzugt adsorbiert wird. Es ist bekannt, daß diese Selektivität temperatur-

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abhängig ist; aus gewissen Veröffentlichungen laßt sich schließen, daß bei dem System Zeolith~Moleku3arsieb - Stickstoff - Sauerstoff die Selektivität für Stickstoff mit steigender Temperatur, mindestens bis zu Raumtemperatur, etwas besser wird. In der US-PS .3 719 2O5 wird jedoch darauf hingewiesen, daß die Temperatur einen entgegengesetzten Einfluß hat; es heißt drvrt, daß bei Calciumzeolith A (Molekularsieb 5A) die Trennleistung für eine Adsorptionssauerstotfanreicherung mit steigender Temperatur abnimmt.

Ein weiterer wichtiger Kennwert von Adsorptionsprczessen ist die Ausnutzung des Adsorptionsmittels oder dessen Aufnahmevermögen für das Adsorbat. Es ist bekannt, daß die Ausnutzung normalerweise bei einem Anstieg der Adsorptionstemperatur abnimmt. In der US-PS 3 355 859 ist angegeben, daß bei einem mit Calciumzeolith A arbeitenden, als Druckkreisprozeß durchgeführten Adsorptionslufttrennverfahren in Betracht gezogen werden muß, daß die Selektiv'itat des Adsorptionsmittels für Stickstoff bei niedrigerer Temperatur kleiner als bei Raumtemperatur ist, während die Menge des adsorbierten Gases wesentlich größer als bei Raumtemperatur ist. Es heißt dort ferner, daß eine zufriedenstellende Sauerstoffanreicherung erzielt wird, wenn in einem solchen Falle die Adsorptionstemperatur zwischen -100 C und -6O°C, vorzugsweise bei ungefähr -7O°C, liegt. Demgegenüber ist der US-PS 3 237 377 zu entnehmen, daß für eine Luftzerlegung durch Druckkreisadsorption unter Verwendung eines Adsorptionsmittels in Form eines Zeolith-Mclekularsiebes Raumtemperatur vorzuziehen ist.

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Um eine Klärung bezüglich der einander widersprechenden bekannten Auffassungen bezüglich der Auswirkungen der Temperatur auf eine adiabatische Druckkreisadsorption herbeizuführen_s wurden Luftzerlegungsuntersuchungen für das System Stickstoff - Sauerstoff - Calciumzeolith A durchgeführt. In Fig. 1 ist das Ergebnis dieser Untersuchungen zusammen mit entsprechenden Ergebnissen für Natriumzeolith A (Molekularsieb 4A) und Natriumzeolith X (Molekularsieb 13X) grafisch dargestellt. Zeolith A ist in der US-PS 2 882 243 beschrieben« Die frisch hergestellte Natriumform hat eine scheinbare Porengröße von ungefähr 4 A₅ während die scheinbare Porengröße der Calcium-Austauschform bei ungefähr 5 A liegt. Zeolith X, ein weiteres synthetisches kristallines Zeo-. lith-Molekularsieb, ist aus der US-PS 2 882 244 bekannt. Das frisch hergestellte Natriumzeolith X hat eine scheinbare Porengröße von ungefähr 10 A» In Fig. 1 gilt die gestrichelt dargestellte Kurve für Natriumzeolith A₁ die ausgezogen gezeichnete Kurve für Calciumzeolith A und die strichpunktierte Kurve für Natriumzeolith X₀ Die Kurven lassen erkennen, daß die prozentuale Sauerstoffausbeute mit steigender Temperatur von ungefähr -18 C bis zu einem Höchstwert bei ungefähr 32 C zunimmt und dann mit weiter steigender Temperatur sinkt.

Hervorzuheben ist, daß die oben erwähnte Vierbettanlage mit 102 mm Durchmesser bei einer Einsatzlufttemperatur von 21 C mit einer Sauerstoffausbeute von 45 % auf der Kurve für Calciumzeolith -A- liegt, während die im industriellen Maßstab aufgebaute Anlage mit 66O mm Durchmesser eine Sauerstoffausbeute hat, die

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für die betreffenden Einsatz!ufttemperαtür en wesentlich unter dieser Kurve liegt.

Es ist bekannt, daß bei adiabatischen Druckkreisprozessen (die definitionsgemäß ohne Verlust oder Zunahme von Wärme ablaufen)» die Temperatur vom einen zum anderen Ersde ö^r Ads^rberbeticr. gleichförmig sein sollte. Bei Berücksichtigung des Umstandes, daß die Wärmeeffekte der Adsorption und Desorption zu zyklischen Temperaturänderungen im Adsorberbett führen, absorbiert jedes aktive Adsorptionsmittelteilchen während der Adsorption Wärme; seine Temperatur steigt an- Während der Desorption setzt das Teilchen Wärme frei; seine Temperatur sinkt wieder. Im eingeschwungenen Zustand ist die Menge des von einem Teilchen adsorbierten Fluids gleich der desorbierten Menge; außerdem ist die absorbierte Wärmemenge gleich der freigesetzten Wärme; der Temperaturanstieg ist gleich der Temperaturabsenkung. Infolgedessen ist für jeden vollen Zyklus die Gesamttemperaturänderung gleich Null; das adiabatische Prinzip sollte für jede örtliche Zone des aktiven Adsorberbettes anwendbar sein. Unter Nichtberücksichti.-gung dieser zyklischen Temperaturänderungen wurde angenommen, daß jedes Adsorptionsmittelteilchen innerhalb des Bettes, in dem eine Druckkreisadsorption abläuft, eine gleichförmige mittlere Temperatur annimmt, die im wesentlichen gleich der Temperatur der eintretenden Einsatzluft ist.

Entgegen der bisherigen Annahme, daß die Adsorberbett^mpefqtur ^;-\: während einer Druckkreisprozeß-Luftzerlegung gleichförmig ist,

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wurde überraschenderweise festgestellt, da8 in diesen wdrmeisolierten Betten eine Zone mit stark verminderter Temperatur am Eintrittsende des Adsorberbettes auftritt. Unter "wärmeisoliert" soll vorliegend verstanden werden, daß die Betten nicht für einen gegenseitigen Wärmeaustausch mechanisch miteinander verbunden sind. Das "Eintrittsende" des Zeolith-Molekularsieb-Adsorberbettes ist derjenige Teil, dem die Einsatzluft zugeführt wird und der praktisch alle gegebenenfalls vorhandenen Schmutzstoffe der Einsatzluft, insbesondere COp und Wasser, adsorbiert. Das Eintrittsende des Bettes macht 3O % der vollen Bettlänge aus; es wird von dem Punkt der Einsatzlufteinleitung aus gemessen und erstreckt sich in Richtung des Luftstroms zum Austrittsende, wo das Sauerstoffprodukt anfällt. In den meisten Fällen sind das Eintritts- und das Austrittsende des Adsorberbettes mechanisch einteilig miteinander verbunden; das Eintrittsende kann jedoch grundsätzlich auch von dem restlichen Teil des Adsorberbettes mechanisch getrennt sein, solange nur beide Teile strömungsmäßig in unmittelbarer Verbindung miteinander stehen. Das bedeutet, daß jeder Teil zu jedem Zeitpunkt die gleiche Prozeßphase durchläuft 0

In einigen Fällen wurde beobachtet, daß in der oben erwähnten Zone erniedrigter Temperatur im Eintrittsende des Bettes ein Temperaturabfall in der Größenordnung von 56 C unter der Ein-■ satzlufttemperatur auftritt. Beispielsweise zeigt die unterste Kurve in Fig. 2, daß bei einer Einsatzluf^temperatur von 3 C eine Temperatur von -54 C in einem Abstand von 0,3 m vom Aufla-

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gesieb des Eintrittsendes gemessen wurde. Aus Fig. 2 folgt weite^ daß ein solcher Temperaturabfall auch eintritt., wenn die Einsatzluft verhältnismäßig warm ist, beispielsweise eine Temperatur von 35°C hat. Die Temperaturabsenkung im Eintrittsende dürfte bei Anlagen besonders ausgeprägt sein, bei denen an diesem Ende ein unbeabsichtigter Wärmerückkopp!ungseffekt auftritt. Bei einer derartigen WärmerUckkopplung wird die Abkühlwirkung der Desorption während Gegenstromphasen des Ver fahrens zyklisch aufgenommen und gespeichert, während die Abkühlwirkung während Vorwärtsstromphasen des Luftzerlegungsprozesses zyklisch an das Bett zurückgegeben wird. Wenn als Einsatzgas Rohluft verwendet wird, die nicht vorbehandelt wurde_s bildet s.icn in diesem Bereich eine mit Wasser beladene Zone aus; es erfolgt dort praktisch keine Trennung von Sauerstoff und Stickstoff. Im vorliegenden Zusammenhang kann davon ausgegangen werden, daß die Temperaturabsenkung im Einlaßende innerhalb des Einlaßendes (zwischen der Stelle, an welcher die Einsatzluft eingeleitet wird, und dem kältesten Punkt) eine Temperaturdifferenz von mindestens 28°C herbeiführt, wobei die niedrigste Temperatur innerhalb des Einlaßendes nicht über 1,7 C liegt. Eine derartige Temperaturabsenkung tritt nicht in Adsorberbetten auf_t deren effektiver Durchmesser unter 305 mm liegt. Als effektiver Durchmesser wird vorliegend die kleinste Querschnittsabmessung eines Adsorberbettes bezeichnet. Bei kleineren Betten dringt ausreichend Wärme in das Adsorptionsmittel ein, so daß die Au&enluft die Temperaturabsenkung dämpft und das Verfahren nicht echt ad!abatisch abläuft. Der Temperaturabfall im Einlaßende bildet sich auch nur aus,

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wenn die Luftzerlegung so erfolgt, daß ein Gas mit einem Sauerstoffgehalt von mindestens 60 % erzeugt wird. Bei geringerer Sauerstoff-Stickstoff-Trennung reicht die Abkühlwirkung der. Desorption nicht aus, um die oben geschilderte Temperaturabsenkung herbeizuführen. Zu einem gewissen Temperaturabfall kommt es zwar unabhängig vom effektiven Durchmesser des Bettes oder dem Grad der Sauerstoff-Stickstoff-Trennung. In solchen Fällen ist die Temperaturabsenkung jedoch zu klein, um die Sauerstoffausbeute wesentlich herabzudrücken, so daß die vorliegend geschilderten Maßnahmen nicht notwendig werden υ

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dem Eintrittsende des Adsorberbett.es Wärme durch Wärmeleitung über metallische Festkörper sowohl von dem Adsorberbetteinlaß als auch von dem stromabwärts des Eintrittsendes befindlichen Bettabschnitt aus in ausreichender Menge zugeführt, um das durchströmende Gas auf einer mindestens 11°cüber der ohne eine solche Wärmeübertragung durch Wärmeleitung über metallische Festkörper erreichten Temperatur, jedoch unter 43°C, zu halten. Unter "Adsorberbetteinlaß" wird dabei die Stelle des Bettes verstanden, an der Einsatzluft eingeleitet wird, und die der Abstützung des Bettes, beispielsweise einem Metallgitter, am nächsten liegt» Der Adsorberbetteinlaß befindet sich im wesentlichen auf der Temperatur der Einsatzluft, Die Erwärmung des Eintrittsendes hat zur Folge, daß die Adsorptionsmitteltemperatur, entlang den Kurven nach Fig- 1

auf einen höheren Wert verschoben wird, wodurch die prozentuale Sauerstoffausbeute in Richtung auf den höchstmöglichen Wert zu-

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nimmt. Die vorstehend genannten Temperaturvergleiche müssen auf Messungen zum gleichen Zeitpunkt innerhalb des Zyklus und an der gleichen Stelle im Adsorberbett beruhen. Kommt es innerhalb des Eintrittsendes zu einer erheblichen Änderung der Temperaturdifferenz, sollten die Messungen in dem Bereich der niedrigsten Absoluttemperatur und der größten Temperatur different durchgeführt werden, beispielsweise im Falle der Anordnung nach Fig. 2 in dem Bereich von O,3 m Bettiefe. Entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird £in~ satzluft mit einer Temperatur von weniger als 32°C zugeführt und erfolgt eine Wärmeübertragung zum Eintrittsende sowohl mittels einer externen Wärmequelle als auch durch Wärmeleitung über metallische Festkörper. Die zuzuführende Wärme kann in Form der fühlbaren Wärme in warmen Fluidströmen eingebracht werden, die am Einsatzlufteintrittsende in das Adsorberbett gelangen. Bei den meisten als Adsorptions-Druckkreisprozessen ausgelegten Luftzerlegungsverfahren wird die Einsatzluft auf einen Überdruck komprimiert. Die Kompressionswärme ist mehr als ausreichend, um für die vorstehend geschilderte Aufwärmung des Eintrittsendes zu sorgen. Das Aufwärmen des Eintrittsendes des Adsorberbettes kann auch dadurch erfolgen, daß der Einsatzluft extern erzeugte Wärme zugeführt wird, beispielsweise mit Hilfe eines Doppelrohrwärmeaus tauschers, bei dem Dampf als Heizmedium benutzt wird. Die externe Wärme kann auch einem vom Austrittsende der Adsorberbetten zurückgeführten Fluidstrom zugeleitet werden, beispielsweise kann Sauerstoff mittels einer externen Wärmequelle erhitzt werden, bevor er in das Einsatzluft-Eintrittsende eingeleitet wird,

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um ein auf einem niedrigen Druck befindliches gespültes Bett teilweise wiederaufzudrücken„

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Zerlegen von Luft in einem adiabatischen Druckkreisprozeß_s bei dem mindestens Stickstoff alternierend in mindestens zwei wärmeisolierten kristallinen Zeolith-Molekularsieb-Adsorberbetten mit einer scheinbaren Porengröße von mindestens 4 A bei Außentemperatur selektiv adsorbiert wird, indem Einsatzluft am Eintrittsende eines ersten Adsorberbettes unter hohem Druck eingeleitet unä" vom Austrittsende des Bettes ein mindestens 60 % Sauerstoff enthaltendes'Gas abgeleitet wird.

Der Druck des ersten Gases wird im Gleichstrom herabgesetzt. Die Gleichstromdruckminderung wird beendet, wenn das erste Bett einen niedrigeren Druck angenommen hat. Ein Teil des Sauerstoffs aus der Gleichstromdruckminderung wird zum Wiederaufdrücken eines anderen, gespulten Adsorberbettes zurückgeleitet„ Abgas wird am Eintrittsende des ersten Bettes freigesetzt, wodurch der Druck dieses Bettes'im Gegenstrom auf einen niedrigsten Druck abgesenkt wird. Dann wird Sauerstoffgas vom Austrittsende eines anderen Adsorberbettes aus dem Austrittsende des ersten Bettes als Spülgas zugeleitet, um das Stickstoffadsorbat zu desorbieren. Das adsorbathaltige Spülgas wird vom Eintrittsende des ersten Bettes als Abgas abgeführt. Sauerstoffgas vom Austrittsende eines weiteren Adsorberbettes wird unter einem über dem niedrigsten Druck liegenden Druck dem gespülten ersten Bett zugeführt,"

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um dieses mindestens teilweise wiederaufzudrücken. Bei diesem bekannten Luftzerlegungsverfahren sind die genannten Gasströme so bemessen, daß am Eintrittsende des ersten Bettes ein Abschnitt von verminderter Temperatur ausgebildet wird» Die niedrigste Gastemperatur beträgt höchstens 1₍7°C, während die Temperaturdifferenz zwischen der niedrigsten und der höchsten Gastemperatur innerhalb des Bettes bei mindestens 28°C liegt. Unter diesen Bedingungen führt die genannte Zone mit verminderter Temperatur zu einer wesentlichen Senkung der Sauerstoffausbeute des Verfahrens, ErfindungsgemäS wird dem Eintrittsende des Adsorberbettes Wärme durch Wärmeleitung über metallische Festkörper sowohl von dem Adsorberbetteinlaß als auch von dem stromabwärts des Eintrittsendes befindlichen Bettabschnitt aus in ausreichender Menge zugeführt, um das durchströmende Gas auf einer Temperatur zu halten, die mindestens 11⁰C über der ohne eine solche Wärmeübertragung durch Wärmeleitung über metallische Festkörper erreichten Temperatur, jedoch unter 43⁰C liegt« Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform wird Wärme zum Eintrittsende in einer Menge von 47 bis 475 W/m Querschnitts fläche des Bettes übertragen.

Eine Vorrichtung zum Zerlegen von Luft in einem adiabatischen Druckkreisprozeß durch selektive Adsorption von Stickstoff, mit mindestens zwei wärmeisolierten Zeolith-Molekularsieb-Adsorberbetten, deren scheinbare Porengröße mindestens 4 A beträgt und die derart angeordnet und aufgebaut sind, daß alternierend Einsatzluft zum Eintrittsende jedes Adsorberbettes gelangt, während

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ein mindestens 60 % Sauerstoff enthaltendes Gas am Austrittsende des Bettes abgegeben wird, ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch mehrere metallische Elemente, die vom Einlaß jedes Adsorberbettes um mindestens ein Drittel der Strecke in Richtung auf das Austrittsende verlaufen sowie eine Gesamtquerschnittsfläche A

(in m /m Querschnittsfläche des Adsorptionsmittels) von rr (-tt)

rs c, s H

haben, wobei L die Adsorberbettlänge (in m), K die Wärmeleitfähigkeit der metallischen Elemente (in W/K m) und X das Produkt KA für ein 2,4 m langes Adsorberbett mit Werten zwischen 0,9 und 21 W/K m ist, wobei die metallischen Elemente über die Querschnittsfläche des Adsorptionsmittels derart verteilt sind, daß der Abstand zwischen jedem Adsorptionsmittel teilchen und dem nächstliegenden metallischen Element kleiner als 18Ο mm ist» Bei den metallischen Elementen kann es sich beispielsweise um Metallplatten oder Metallstangen handeln; sie können vom Einlaß bis zum Austrittsende jedes Adsorberbettes reichen.

Die Art der Wärmequelle flir das Betteintrittsende hängt von der Strecke ab, über welche die metallischen Elemente sich in Richtung auf das Adsorberbettaustrittsende erstrecken. Reichen beispielsweise die metallischen Elemente nur über ein Drittel dieser Strecke, wird die meiste Wärme auf das Betteintrittsende von dem Adsorberbetteinlaß aus übertragen. Verlaufen die metallischen Elemente dagegen auf voller Länge bis zum Bettaustrittsende, wird ein wesentlicher Teil der dem Eintrittsende zugeführten Wärme von dem stromabwärts des Eintrittsendes liegenden Bettabschnitt aus zugeführt.

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Die metallischen Elemente können kleinere Diskontinuitäten in Längsrichtung, z. B. kurze Spalte, aufweisen»

Wie im folgenden im einzelnen gezeigt ist, wird mit den vorliegend erläuterten Maßnahmen die Sauerstoffausbeute von L.uftzerlegungsanlagen erheblich verbessert„ die mit einem adiabatischen Druckkreisadsorptionsprozeß arbeiten.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand von bevorzugten Ausfüh rungsbeispielen näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der prozentualen Sauerstoffausbeute und der Gastem peratur für verschiedene Formen von Zeolith A und Zeolith X,

Fig. 2 ' eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Adsorberbettemperatur und der Bettiefe für be kannte Vorrichtungen und für eine Ausführungsform der Erfindung mit drei Adsorberbetten,

Fig. 3 eine grafische Darstellung der Abkühlgeschwindigkeiten an verschiedenen Stellen des in seiner Temperatur abgesenkten Abschnittes eines Zeolith 5A-Adsorberbettes während des Anfahrens des Luftzerlegungsprozesses ,

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Fig, 4 eine grafische Darstellung de" Beziehung zwischen der Kühlgeschwindigkeit und de' maximaJ en Temperaturdifferenz in einem Zeolith 5A~Bet.t während der Luftzerlegung,

Fig. 5 einen schematischen Längsschnitt eines Gefäßes mit einem Adsorberbett, das mit plattenförmigen metallischen Elementen ausgestattet ist, die parallel zueinander über den Querschnitt des Beites verteilt angeordnet sind,

Fig, 6 einen Querschnitt entlang der Linie 6-6 der Fig. 5_S

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht dreier plattenförmiger metallischer Elemente, die den gegenseitigen Abstand und die Art der Wärmeübertragung erkennen läßt,

Fig. 8 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der maximalen Temperaturdifferenz und den KA-Werten für verschiedene Abstände von parallelen plattenförmigen metallischen Elementen entsprechend den Figuren 5 bis 7,

Fig. 9 einen schematischen Längsschnitt eines Gefäßes mit einem Adsorberbett, das mit stabfÖrmigen metallischen Elementen ausgestattet ist,

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Fig. 10 einen Querschnitt entlang der Linie 10-10 der Fig.9,

Fig. 11 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen

der maximalen Temperaturdifferenz und den KA-Werten für verschiedene Abstände der stabförmigen metallischen Elemente gemäß den Figuren 9 und 10,

Fig. 12 einen Querschnitt durch ein Adsorberbett mit plattenförmigen metallischen Elementen, die radial in Achsrichtung verlaufen,

Fig. 13 ein schematisches Fließschema einer für die Luftzerlegung geeigneten Anlage, bei der zur Erzeugung von Sauerstoff zwei in Parallelstromfolge angeordnete Adsorberbetten vorgesehen sind,

Fig. 14 ein bevorzugtes Takt- und Zeitprogramm für die Zweibettvorrichtung gemäß Fig. 13,

Fig. 15 ein schematisches Fließschema für eine Vorrichtung, bei der Luft zwecks Erzeugung von Sauerstoff in jedem von drei Adsorberbetten zerlegt werden kann, wobei dem Abschnitt mit abgesenkter Temperatur auch Wärme aus der Verdichtung der Einsatzluft zugeführt wird,

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Fig. 16 ein bevorzugtes Takt- und Zeitprogramm für den Betrieb der Dreibettvorrichtung gemäß Fig. 15,

Fig. 17 ein schematisches Fließschema einer Vorrichtung, bei der Luft zur Erzeugung von Sauerstoff in jedem von vier Adsorberbetten zerlegt werden kann, wobei dem Abschnitt mit abgesenkter Temperatur Wärme auch über eingebettete elektrische Heizschlangen zugeführt werden kann, und

Fig. 18 ein bevorzugtes Takt- und Zeitprogramm für den Betrieb der Vierbettvorrichtung nach Fig. 17.

Es wurde eine Reihe von Versuchen durchgeführt, um das Maß der Abkühlung im Eintrittsende einer Dreibett-Adsorptionsanlage der aus der US-PS 3 636 679 (Fig. 7) bekannten Art zu bestimmen. Die Calciumzeolith Α-Betten hatten einen kreisförmigen Querschnitt von 1,45 m Durchmesser; sie waren 2,4 m lang und enthielten jeweils 2585 kp Adsorptionsmittelteilchen von 1,6 mm Größe. Die wärmeisolierten Betten waren mit in Achsrichtung verteilt angeordneten Thermoelementen ausgestattet. Es wurde mit der aus der US-PS 3 636 679 bekannten Taktfolge gearbeitet.

Die grafische Darstellung nach Fig. 3 zeigt die beobachtete Temperatur ( C) der Adsorberbetten an vier unterschiedlichen Stellen der Betten während der ersten 48 Betriebsstunden, bezogen auf Einsatzluft mit einer Temperatur von ungefähr 43°C und

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2
einem Druck von 2,1 kp/cm . Die vier Meßstellen waren wie folgt verteilt:

Meßstelle	Abstand vom Auflagesieb (Einlaß)
A	76 mm
B-	381 mm
C	686 mm
D	991 mm

Die Neigung der Kurven in Fig. 3 stellt die momentane Abkühlgeschwindigkeit für eine bestimmte Adsorberbettstelle während der betreffenden Zeitdauer dar. In den ersten 15 Betriebsstunden war dementsprechend die augenblickliche Abkühlgeschwindigkeit an der Stelle A, die dem Einlaß am nächsten lag, am höchsten; sie nahm bis zu der vom Einlaß am weitesten entfernt liegenden Stelle D fortschreitend ab. Nach ungefähr 15 Stunden begann die Abkühlgeschwindigkeit an der Stelle A abzunehmen; nach ungefähr 36 Stunden war dort die Abkühlung abgeschlossen. Nach ungefähr 3O Stunden begann eine Abnahme der Abkühlgeschwindigkeit an der zweitnächsten Stelle B; die Abkühlung war jedoch nach 48 Stunden noch nicht zu Ende. Die Stellen C und D kühlten sich nach 48 Stunden weiter rasch ab.

Die Daten gemäß Fig. 3 wurden auch herangezogen, um die mittlere Abkühlgeschwindigkeit des Einlaßendes während verschiedener Zeitdauern zu bestimmen. Beispielsweise betrug die Abkühlgeschwin-

digkeit ungefähr 158 W/m Querschnitt des Bettes 6 Stunden nach

2 dem Anfahren; sie nahm auf ungefähr 101 W/m Querschnitt des Bet-

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tes 24 Stunden nach dem Anfahren ab, Während der Anfahrdauer nahm der Temperaturgradient des Adsorberbettes weiter zu; er stabilisierte sich nach 6O Stunden, Zu diesem Zeitpunkt lag die maximale Bettemperaturdifferenz zwischen der niedrigsten Temperatur im Eintrittsende und der höchsten Temperatur im Austrittsende bei·ungefähr 56 C.

Fig„ 4 zeigt eine grafische Darstellung von Daten aus diesem Versuch, die die Beziehung zwischen der Abkühlgeschwindigkeit und der höchsten Temperaturdifferenz in den 2,4 m langen Betten erkennen laßt. Diese Beziehung ist kennzeichnend für einen Übergangszustand in den Betten; sie liefert jedoch einen Anhalt für die Wärmemenge, die im Eintrittsende erforderlich ist, um das Bettemperaturdifferential auf einen vorgegebenen Wert zu stabilisieren. Soll beispielsweise ein maximales AT von 25 C aufrechterhalten werden, müßte dem Eintrittsende Wärme in einer Menge von 158 W/m Querschnittsfläche des Bettes zugeführt werden» Wenn dem Eintrittsende Wärme·von einer externen Quelle aus zugeführt wird, beispielsweise in Form einer erhöhten Einsatzlufttemperatur, steigt die Temperatur innerhalb des gesamten Bettes an. Vergleicht man beispielsweise in Fig. 2 die untersten und die mittleren Kurven, so wird die Gesamttemperatur in den Betten durch Steigern der Einsatzlufttemperatur von 3,3°C auf 35°C angehoben; die Temperaturdifferenz innerhalb der Betten bleibt jedoch ungefähr die gleiche.

Die Erfindung nutzt die Temperaturdifferenz aus, die andernfalls

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den Wirkungsgrad der Sauerstoffausbeute begrenzt, um das Eintrittsende dort aufzuwärmen, wo der unerwünschte Temperaturabfall normalerweise auftritt. Verfahrensmäßig wird dies dadurch erreicht, daß Wärme zum Eintrittsende durch Wärmeleitung über metallische Festkörper sowohl vom Einlaß als auch von dem stromabwärts des Eintrittsendes befindlichen Bettabschnitt aus zugeführt wird. Sowohl der Einlaß als auch der stromabwärtige Bettabschnitt sind hinreichend wärmer als das Eintrittsende mit abgesenkter Temperatur, um letzteres im wesentlichen so weit aufzuwärmen, daß eine verbesserte Sauerstoffausbeute erzielt wird, wenn die Aufwärmung auf eine Temperatur erfolgt, die mindestens 11 C über der im Eintrittsende ohne die vorliegend erläuterten Maßnahmen herrschenden Temperatur liegt. Da die vorstehend erwähnte niedrigste Temperatur bei höchstens 1,7 C liegt, wird dieser Bereich auf mindestens 12,8 C aufgewärmt. Die Fig. 1 läßt erkennen, daß dann auf einem höher gelegenen Abschnitt der Zeolith-Adsorptionsmittelkurve gearbeitet wird und die prozentuale Sauerstoffausbeute beträchtlich verbessert ist, Andererseits sollte die Aufwärmung nicht über 43°C hinausgehen, weil sonst auf einem abfallenden Teil der Zeolith-Adsorptionsmittelkurve gearbeitet wird. Vorzugsweise wird auf das Eintrittsende ausreichend Wärme übertragen, um den dort durchtretenden Gasstrom auf einer Höchsttemperatur zwischen 15 und 38°C zu halten. Zu berücksichtigen ist ferner, daß mit den vorstehend erläuterten Maßnahmen Temperaturdifferenzen in Längsrichtung der Adsorberbetten vermindert aber nicht vollkommen beseitigt werden. Für die praktische Durchführung der Luftzerlegung ist daher den Kennlinien

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nach Fig. 1 eine mittlere Gastemperatur innerhalb der Betten zugrundezulegen. Mit anderen Worten, Fig a 1 liefert eine qualitative, jedoch keine quantitative Aussage für die erzielbare prozentuale Sauerstoffausbeute.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Ausführungsform der Vorrichtung, bei der ein aufrecht stehendes Gefäß 1 mit kreisförmigem Querschnitt vorgesehen ist, das unten mit einem Einlaß 2 für Einsatzluft und obe.n mit einem Auslaß 3 für das Sauerstoffprodukt versehen ist„ Eine Bettauflageplatte 4, beispielsweise in Form eines Metallgitters, verläuft in Querrichtung am unteren Ende des Gefäßes und trägt das aus kristallinem Zeolith-Molekularsieb bestehende Adsorberbett 5. Mehrere Metallplatten 7 erstrecken sich parallel zueinander und quer zur Querschnittsabmessung des Adsorberbettes in gleichem gegenseitigem Abstand. Diese Platten liegen an der Bettauflageplatte 4 «am Adsorberbetteinlaß an, um zwecks Wärmeübergang für einen festen Metall-Metall-Kontakt zu sorgen. Die Platten 7 reichen durch das Betteintrittsende 8 hindurch, wo andernfalls eine Zone mit verringerter Temperatur ausgebildet würde; vorzugsweise erstrecken sie sich bis in den wärmeren, stromabwärts liegenden Bettabschnitt 9 hinein, Die Platten 7 können bis zum Austrittsende des Bettes reichen. Da das Einlaßende 8 bis zu einem Drittel der Länge des Bettes ausmachen kann, sollten sich die Platten 7 vorzugsweise über mindestens die halbe Länge des Bettes erstrecken, um eine ausreichende Wärmeübertragung vom wärmeren Abschnitt. 9 zum Eintrittsende 8 sicherzustellen. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform bestehen

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die PJatten 7 aus O>8 bis 6,4 mm dickem Aluminium und haben die Platten über den Adsorberbettauerschnitt hinweg einen gleichmägegenseitigen Abstand von 38 bis 205 mm.

In Fig„ 7 sind drei Platten 7o, 7b und 7c veranschaulicht, die parallel zueinander verlaufen, wobei die Platten 7a und 7b sowie die Platten 7b und 7c jeweils einen gegenseitigen Abstand von 2S haben« Die gestrichelte Ebene a-b stellt, die Mittelebene zwischen den Platten 7a und 7b dar, während die gestrichelt eingezeichnete Ebene b-c die Mittelebene zwischen den Platten 7b und 7c ist. In der Praxis erfolgt die Wärmeübertragung durch Festkörperwärmeleitung von dem produktseitigen Ende 9 oder dem bezüglich der Einsatzluft stromabwärts liegenden Abschnitt, jeder Platte aus (der obere schraffierte Abschnitt der Platte 7c) zum Eintrittsendabschnitt jeder Platte, wie dies durch Pfeile angedeutet ist. Dieser Wärmeübertragung wirken fünf in Reihe liegende Widerstände entgegens

1u Der Widerstand, der auf die radiale Tiefe des Betts im warmen Abschnitt des Adsorberbettes zurückzuführen ist;

2c der Filmwiderstand an der Oberfläche des im warmen Abschnitt des Adsorberbettes liegenden Teils eines metallischen Elements der Vorrichtung (der obere gestrichelte Abschnitt der Platte 7c)i

3o der von dem metallischen Element selbst gebildete Widerstand;

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4« der Filmwiderstand an der Oberfläche des im kühlen Eintritts ende des Adsorberbettes liegenden Teils des metallischen Elements (unterer Abschnitt der Platte 7c);

5„ der auf die radiale Tiefe des Adsorberbettes im kühlen Eint.rittsende zurückgehende Widerstand«

Unter Berücksichtigung dieser Wärmeübertragungswiderstände wurde gefunden, daß die Vorrichtung mit. metallischen Elementen zu versehen ist, die bestimmte Eigenschaften hinsichtlich der Gesamtquerschnittsflache A je Flächeneinheit der Querschnittsfläche des Adsorptionsmittels, der Adsorberbettlänge L (in m), der Wärmeleitfähigkeit K (in W/K m),des Wertes X als dem Produkt KA für ein 2,4 m langes Adsorberbett und des gegenseitigen Abstands mit Bezug auf die Adsorptionsmittelteilchen haben« Insbesondere sollte X Werte zwischen 0,9 und 21 W/K m haben, A sollte gleich

XL²

ν (ο ) sein, und die metallischen Elemente sollten über die Querschnittsfläche des Adsorberbettes derart verteilt angeordnet, sein, daß der Abstand S zwischen jedem Adsorptionsmittelteilchen und dem nächstliegenden metallischen Element kleiner als 180 mm ist»

Fig. 8 zeigt eine grafische Darstellung für die gegenseitige Verknüpfung dieser Variablen für eine Ausführungsform mit den parallelen plattenförmigen metallischen Elementen gemäß den Fig. 5 bis 7 bei vier unterschiedlichen Abständen S, und zwar; A = 25 mm, B = 114 mm, C = 152 mm und D = 229 mm. Die Länge L des

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Adsorberbettes betrug in jedem Falle 2,4 m; die Einsatzgastemperatur lag bei ungefähr 32 C= Die Kurven lassen allgemein erkennen, daß bei kleineren Abständen S kleinere maximale Gastemperaturdifferenzen aufrechterhalten werden können. Aus der grafischen Darstellung folgt ferner, daß die maximale Gostemperaturdifferenz oberhalb eines ΚΑ-Wertes von 21 W/K m verhältnismäßig unempfindlich gegen eine weitere Steigerung des Produktes KA wird, sowie daß bei ΚΑ-Werten von weniger als 0,9 W/K m der von den plattenförmigen Elementen gebildete Wärmewiderstand vorherrscht und die Größe der Wärmeübertragung bestimmt. Unter diesen Umständen würde das System auf die Größe des Abstandes S relativ wenig ansprechen; ein befriedigendes Betriebsverhalten kann mit vernünftig weit voneinander entfernten Elementen, d, h. Abständen von 25 mm oder mehr, nicht erreicht werden, Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Wert X zwischen 1,7 und 1O W/K m.

Fig. 8 läßt erkennen, daß bei einem Abstand S von mehr als ungefähr 180 mm die maximale Temperaturdifferenz im Bett einen Wert von ungefähr 33 C übersteigt, so daß die potentielle Verbesserung der prozentualen Sauerstoffausbeute durch die vorliegend erläuterten Maßnahmen sehr begrenzt wäre. Andererseits müssen Abstände S von weniger als 25 mm aus mechanischen und KostengrUnden vermieden werden= Als Kompromiß zwischen einfacher Herstellung und erzielbarer Wärmeübertragung werden vorzugsweise Abstände zwischen 25 und 76 mm vorgesehen»

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Die Verhältnisse gemäß Fig. 8 sind unmittelbar auf Betten von 2,4 m Länge anwendbar. Bei anderen Bettlängen ändert sich der Wärmeübergangswiderstand der metallischen Elemente auf Grund der anderen Länge, über die hinweg Wärme übertragen werden muß. Der Wärmeübergangswiderstand ist der Länge des metallischen Elements unmittelbar proportional» Infolgedessen ist. der für ein Bett von der Länge L erforderliche ΚΑ-Wert das L/2,4-fache des ΚΑ-Wertes für ein 2,4m langes Bett»

Adiabatische Druckkreisprozesse sind normalerweise so ausgelegt, daß mit einer bestimmten Taktdauer gearbeitet wird» Außerdem wird die Einsatzluftmenge so eingestellt, daß das Bett maximal· ausgenutzt wird. Bei einer Bettlänge L ist die Einsatzgasmenge das L/2,4-fache der Einsatzgasmenge für ein 2,4 m langes Bett. Infolgedessen ist auch die im Bett durch den Gasstrom übertragene Wärme das L/2,4-fache der in einem 2,4 m langen Bett übertragenen Wärme; der ΚΑ-Wert der metallischen Elemente muß dementsprechend geändert werden. Um sowohl die Änderung des Wärmeübergangswiderstandes als auch die Änderung in der Menge der übertragenen Wärme zu berücksichtigen, ist der ΚΑ-Wert für ein Bett der Länge L das (L/2,4) -fache des für ein 2,4 m langes Bett erforderlichen KA-Wertes.

Die Anwendung der Fig. 8 sei an Hand des folgenden Beispiels erläutert: Es sei angenommen, daß'die maximale Temperaturdifferenz des Gases, das durch ein 3 m langes Calciumzeolith A-Adsorberbett einer Luftzerlegungsanlage hindurchgeleitet wird, auf 22°C be-

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schränkt werden soll, um ein Gas mit ungefähr 90 % Sauerstoff zu erhalten; die Einsatzgastemperatur liege bei ungefähr 32 C. Es sei ferner angenommen, daß Aluminiumplatten (K = 225 W/K m) in die kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Betten mit einem gleichförmigen Abstand S von 57 mm, d„ h. mit einem Mitte-zu-Mitte-Abstand zwischen benachbarten Platten von 114 mm, eingebracht werden. Aus Fig. 8 kann für eine AT-Ordinate von 22 C durch Extrapolation zwischen den Kurven A und B ein ΚΑ-Wert von ungefähr 3,5 entnommen werden. Da K gleich 225 W/K m ist, liegt der Wert für A für ein 2,4 m langes Bett bei ungefähr O.O154. Der Wert von A für das gewünschte 3 m lange Bett kann jetzt aus

XL²

der Formel rr (■■ ) errechnet werden. Es ergibt sich für die

2 2 Aluminiumplatten eine Gesamtquerschnittsfläche in m je m Quer-

schnittsfläche des Adsorptionsmittels von (3,5/225) (3/2,4) 0,024. Da 1ΟΟΟ/114 = 8,77 Platten je m Querschnittsfläche des Adsorptionsmittels vorgesehen sind, sollte die Aluminiumplattenstärke 1000 · 0,024/8,77 = 2,74 mm betragen.

Die Fig. 9 und 10 zeigen eine weitere Ausführungsform, bei der die metallischen Elemente 7 von Stäben gebildet sind, die in einem Quadratmuster verteilt angeordnet sind. Die grafische Darstellung nach Fig. 11 veranschaulicht die Beziehung zwischen den oben erwähnten Variablen für derartige Stäbsf^ergleichbar mit der Art der Fig. 8, die für plattenförmige metallische Elemente gilt. Die Adsorberbettlänge beträgt wiederum 2,4m, Die Abstände S sind wie folgt gewählt: A = 25 mm, B = 114 mm, C = 152 mm und D = 229 mm. Die Stäbe sind in der quadratischen Verteilung

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gemäß Fig„ 10 angeordnet; der Abstand S ist die Hälfte der Länge der Diagonalen, eines Quadrates.

Ein Vergleich der Fig. 11 und 8 zeigt, daß die allgemeinen Beziehungen die gleichen sind und daß ein Abstand von mehr als 180 mm aus den vorstehend diskutierten Gründen vermieden werden sollte. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Stäbe aus Aluminium mit einem Durchmesser von 6,4 bis 25 mm; sie sind über die Adsorberbetten gleichmäßig verteilt, wobei die

2 2

Gesamtquerschnittsfläche der Stäbe O,O1 bis O,1O m /m Adsorptionsmittelfläche beträgt.

In Fig. 12 ist eine weitere Ausführungsform mit plattenartigen Metallelementen veranschaulicht. Die Platten 7 verlaufen dabei radial in Achsrichtung der Adsorberbetten 5. Ihre Außenkanten sind entlang dem Umfang der Adsorberbetten gleichförmig verteilt,

Zu anderen brauchbaren Formen von metallischen Elementen gehört eine Gruppe von konzentrisch zueinander um die Längsachse des Bettes verteilten Elementen, die in gegenseitigem Abstand liegen und zwischen denen sich Adsorptionsmittel befindet. Die Elemente können senkrecht zur Bettlängsachse beispielsweise kreisförmigen oder quadratischen Querschnitt haben.

Jede der vorstehend erläuterten Anordnungen zum Übertragen von Wärme auf das Eintrittsende einer adiabatischen Druckkreisprozeßanlage zur Luftzerlegung durch Wärmeleitung über metallische

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Festkörper kann beispielsweise im Falle von Zwei-, Drei- und Vierbettsystemen gemäß den Fig, 13 bis 18 vorgesehen werden. Beispielsweise gelten die Fig. 13 und 14 für ein Zweibettsystem der aus der US-PS 3 738 087 an sich bekannten Art.

Bei einem solchen Verfahren wird die auf dem niedrigsten Druckwert befindliche, gespülte Adsorptionszone durch Einleiten von Sauerstoffgas auf einen Zwischendruck teilweise wiederaufgedrückt. Das Verfahren ist durch eine Adsorptionsphase mit steigendem Druck gekennzeichnet, wobei Einsatzluft dem Eintrittsende der teilweise wiederaufgedrückten Adsorptionszone mit einem höheren als dem Zwischendruck zugeführt wird, Stickstoff selektiv adsorbiert wird und gleichzeitig Sauerstoff vom Austrittsende der Zone abgezogen wird, wobei das Einleiten von Einsatzgas, die Stickstoffadsorption und das Ableiten von Sauerstoff derart aufeinander abgestimmt sind, daß der Druck der Adsorptionszone während dieser Phase von dem Zwischendruck auf einen höheren Druck am Ende der Phase ansteigt.

Mit anderen Worten, während der unter steigendem Druck ablaufenden Adsorptionsphase ist die resultierende molare Menge des in

die Adsorptionszone eingeleiteten Gases größer als die resultierende molare Menge des im Bett adsorbierten Gases. Dabei wird unter der resultierenden molaren Menge des eingeleiteten Gases die Durchflußmenge, mit der Einsatzluft eingeleitet wird, abzüglich der über Null liegenden Durchflußmenge verstanden, mit der Gas aus dem Bett abgeleitet wird. Die resultierende molare Menge des

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- 3O -

adsorbierten Gases ist die Menge, mit der Gas in die adsorbierte ' Phase übergeht, abzüglich der Menge, mit der Komponenten der Einsatzluft verdrängt oder in anderer Weise aus der adsorbierten Phase freigesetzt werden. Wenn die resultierende molare Menge des eingeleiteten Gases die resultierende molare Menge der Gasadsorption übersteigt, nimmt der Adsorptionsdruck zu. Dies kann erreicht werden, indem der Austritt von Sauerstoffgas mit Bezug auf den Einstrom von Einsatzluft beschränkt wird. Die unter ansteigendem Druck ablaufende Adsorptionsphase geht vorzugsweise weiter, bis der höchste Druck des Verfahrens erreicht ist und bis sich die Stickstoffadsorptionsfront vom Adsorptionszoneneintrittsende aus zu einer Stelle verschoben hat, die zwischen dem \ Eintritts- und dem Austrittsende liegt. Die Lage der Adsorptions- . front für die eine Komponente ist so gewählt, daß ein erheblicher <* Teil der Zonenlänge stromabwärts der Adsorptions front unbenutzt, ' d. h. noch nicht in nennenswertem Umfang mit der einen Komponente beladen ist. Danach erfolgt eine Glefchstromdruckminderung der Adsorptionszone für eine ausreichende Dauer, um die Stickstof fadsorptionsfront zum Austrittsende der Zone zu verschieben« Während dieser Zeitspanne wird Sauerstoff von der Zone freigesetzt; er kann benutzt werden, um eine andere Adsorptionszone wiederaufzudrücken oder zu spülen, und/oder er kann als Produkt abgeführt werden. Auf diese Weise wird das Adsorptionsmittel voll ausgenutzt; es wird für eine maximale Ausbeute der weniger stark adsorbierten Komponenten bei hoher Reinheit gesorgt.

Jede Phase des Arbeitsspiels des Bettes A sei im folgenden in |

809852/0598 ' ^% '

Verbindung mit den Vorrichtungsteilen der Fig. 13 erläutert, die bei den während des Arbeitsspiels auftretenden Änderungen eine Rolle spielen. Drücke, die charakteristisch für das Arbeiten einer Luftzerlegungsanlage mit Calciumzeolith A als Adsorptionsmittel sind, sind mit angegeben; dabei werden die folgenden Begriffe benutzt, um den jeweiligen Enddruck relativ zu kennzeichnen :

Begriff

Beispielsweise benutzter Über-

druck (kp/cm )

niedrigster Druck niedrigerer Zwischendruck Ausgleichsdruck höherer Zwischendruck höchster Zwischendruck höchster Druck

< O.O7 0,70 1 ,41 2,25 2,46 2,81

Zeit Ο-ΊΟ: Das Bett A wird von dem niedrigsten Verfahrensdruck

2 2

(weniger als O,O7 kp/cm ) auf den Ausgleichsdruck (1,41 kp/cm ) wiederaufgedrückt; es erfolgt ein Druckausgleich für das Bett B. Ventile 15A und 16A sind offen; Ventile 17A und 18A sind geschlossen. Einsatzluft wird dem Bett A an seinem Eintrittsende von einer Sammelleitung 11 aus über das Ventil 15A zugeführt ^ gleichzeitig wird an der einen Komponente verarmtes Gas von einer Sammelleitung 12 aus über das Ventil 16A am-Austrittsende des Bettes A eingeleitet. Das letztgenannte Gas wird dem Bett B entnommen, das einen Druckausgleich über ein Trimmventil 19B

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und ein Ventil 16B erfährt; es strömt über das Ventil 16A und ein Trimmventil 19A in das Bett A ein. Während dieser Zeitspanne wird der Druck im Bett B im Gleichstrom abgesenkt; der Gasstrom dauert für ungefähr 10 Sekunden an, bis ein Druckausgleich der Drückeder Betten A und B auf ungefähr 1,41 kp/cm herge~ stellt ist= Während dieser Zeitspanne strömt das Druckausgleichsgas rasch, während der Einsatzluftstrom vom Verdichter begrenzt ist, so daß der Hauptanteil des Gases, mit dem das Bett A wie-

2
der von Null auf 1,41 kp/cm aufgedrückt wird_s das an der einen Komponente verarmte Gas ist; im Falle der Luftzerlegung kann dieses Gas beispielsweise 85 % der Gesamtgasmenge ausmachen» Währenddessen wird ein weiterer Teil des vom Bett B freigesetzten Gases als Produktgas über die Sammelleitung 12 abgeführt.

Zeit 10-30; Das Ventil 16A wird jetzt geschlossen; Einsatzluft strömt für weitere 20 Sekunden in das Bett A ein, so daß dieses den höheren Zwischendruck von ungefähr 2,25 kp/cm erreicht. Gleichzeitig geht die Gleichstromdruckminderung des Bettes B weiter; alles von diesem Bett freigesetzte, an Stickstoff verarmte Gas wird als Produkt über die Sammelleitung 12 abgeführt. Wäh-

2 rend dieser Zeitspanne sinkt der Druck im Bett B von 1,41 kp/cm

(Ausgleichsdruck) auf 0,70 kp/cm (niedrigerer Zwischendruck).

Während des Druckausgleichs und der Gleichstromdruckminderung des Bettes B hat sich die Stickstoffadsorptionsfront fortschrei-' tend in Richtung auf das Austrittsende des Bettes bewegt. Sie hat jetzt das Austrittsende erreicht, so daß der Durchbruch bevorsteht. Infolgedessen kann das Bett kein Gas mit Produktreinheit

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mehr an die Sammelleitung 12 liefern; das Ventil 1 6B schließt. Damit der Produktgasstrom ununterbrochen bleibt, muß Produktgas dem Bett A entnommen werden; das Bett A liefert während des restlichen Teils des Wiederaufdrückens Produktgas»

Zeit 3O-35: Das Ventil 16A öffnet erneut; Produktgas strömt weiter vom Bett A zur Sammelleitung 12„ Dies stellt den ersten Teil der mit steigendem Druck ablaufenden Adsorptionsphase des Bettes

A dar; der Druck im Bett steigt von 2,25 kp/cm (höherer Zwischendruck) auf 2,46 kp/cm (höchster Zwischendruck), Gleichzeitig öffnet ein Ventil 18B; ein Abgasauslaßventil 25 schließt; über das Eintrittsende des Bettes B erfolgt eine Gegenstromdruckminderung dieses Bettes auf einen Überdruck von weniger als 0,07 kp/cm , den niedrigsten Druck des Verfahrens=

Zeit 35-60: Während dieses restlichen Teils der mit steigendem Druck ablaufenden Adsorptionsphase des Bettes A steigt der Druck

2 2

im Bett von 2,46 kp/cm (höchster Zwischendruck) auf 2,81 kp/cm (höchster Druck) an; ein Ventil 17B und das Ventil 25 sind offen; ein Teil des vom Bett A abgeleiteten, an Stickstoff verarmten Gases strömt über Ventile 23 und 24 sowie das Ventil 17B, um das Bett B zu spülen.

Zu Beginn des Wiederaufdrückens des Bettes A (0-10 Sekunden) über dessen Eintritts- und Austrittsende hat sich eine Stickstof fadsorptionsfront nahe dem Eintrittsende ausgebildet; diese Front verschiebt sich während des restlichen Teils der 1O Sekun-

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den andauernden Phase sowie während der folgenden Wiederaufdrückphasen für die ersten 6O Sekunden des Arbeitsspiels fortschreitend in Richtung auf das Austrittsende, Am Ende dieser Zeitspan-. ne verbleibt eine vorbestimmte Länge an nicht beladenem Bett (nicht von Stickstoff gebraucht) zwischen der Stickstoffadsorptionsfront und dem Austrittsende«

Zeit 60-70: Das Ventil 15A schließt und das Ventil 1 6B wird geöffnet. Es beginnt jetzt der Druckausgleich des Bettes A mit dem Bett B, während weiterhin Produktgas abgegeben wird. Der Druck des Bettes A wird im Gleichstrom gesenkt, indem Gas am Austrittsende freigesetzt wird. Dieses Gas durchströmt die noch nicht beladene Strecke des Bettes, wo die Stickstoffkomponente adsorbiert wird. Das austretende, an Stickstoff verarmte Gas wird in zwei Teilen weiterbenutzt. Sauerstoffproduktgas strömt über ein Steuerventil 21 in der Sammelleitung 12 zu der stromabwärts des Ventils 21 befindlichen Verbraucherleitung in solcher Durchflußmenge, daß die Verbraucherleitung auf einem geeignet niedrigen Druck, beispielsweise einem Überdruck von 0,21 kp/cm , gehalten wird. Der restliche größere Teil des an Stickstoff verarmten Gases strömt über die Ventile 16B und 19B zum Austrittsende des Bettes B, um dieses teilweise wiederaufzudrücken. Das Bett B wurde zuvor von Stickstoffadsorbat gespült; es befindet sich zunächst auf dem niedrigsten Druckwert des Verfahrens. Der Strom des an der einen Komponente verarmten Gases vom Bett A zum Bett B dauert ungefähr 10 Sekunden an, bis die beiden Betten im we~ sentlichen den gleichen Ausgleichsdruck von 1,41 kp/cm haben..'

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Während dieser Phase ist das Ventil 15B offen; das Bett B wird auch über sein Eintrittsende mit Einsatzluft von der Sammelleitung 11 aus wiederaufgebrückt.

Zeit 7O-9O: Das Ventil 16B schließt; zusätzliches an Stickstoff verarmtes Gas wird am Austrittsende des Bettes A freigesetzt,

2 wodurch dessen Druck im Gleichstrom auf ungefähr O,7O kp/cm (niedrigerer Zwischendruck) abgesenkt wird. Die gesamte Menge dieses Gases aus dem Bett A wird als Produktgas abgeführt. Gleichzeitig strömt nur Einsatzluft weiter zum Eintrittsende .des Bettes

ο 2

B, wodurch dieses von 1,41 kp/cm auf 2,25 kp/cm weiter wiederaufgedrückt wird.

Zeit 90-95: Der Druck im Bett A wird jetzt im Gegenstrom auf den niedrigsten Verfahrensdruck abgesenkt, indem die Ventile 15A, 16A geschlossen werden, das Ventil 18A geöffnet wird und das Ventil 25 geschlossen wird, so daß das Stickstoffdesorbat über eine Abgassammelleitung 14 freigesetzt wird. Gleichzeitig öffnet das Ventil 16B; aus dem Austrittsende des Bettes B wird an Stickstoff verarmtes Gas abgegeben; dieses Gas strömt als Produktgas über die Sammelleitung 12 und das Ventil 21. Dies stellt den ersten Teil der unter ansteigendem Druck ablaufenden Adsorptionsphase des Bettes B dar, wobei der Bettdruck von 2,25 auf 2,46 kp/

cm ansteigt, während Stickstoff aus der durch das Bett hindurchströmenden Einsatzluft adsorbiert wird.

Zeit 95-120: Die Ventile 17A und 25 öffnen; ein Teil des an

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Stickstoff verarmten aus dem Bett B austretenden Gases wird von der Sammelleitung 12 aus über die Ventile 2.3 und 24 als Spülgas zum Austrittsende des Bettes A zurückgeleitet. Das Spülgas durchströmt das Bett A im Gegenstrom zur Richtung des Einsatzgases; es desorbiert das verbleibende Stickstoffadsorbat. Das erhaltene Abgas wird über das Ventil 18A und die Sammelleitung 14 abgeführt* Gleichzeitig mit dem Spülen des Bettes A wird die unter Druckanstieg ablaufende Adsorptionsphase des Bettes B weiterge-

führt, bis der Überdruck im Bett den Wert von 2,81 kp/cm , d. h. den höchsten Verfahrensdruck, erreicht. Jetzt werden die Ventile 17A und 18A geschlossen. Das gespülte Bett. A steht erneut zum Wiederaufdrücken entsprechend der vorfstehend geschilderten Verfahrensabfolge zur Verfügung.

Kristalline Zeolith-Molekularsiebe, die sich für die vorliegenden Zwecke eignen, haben eine scheinbare Porengröße von mindestens 4 A. Vorzugsweise wird mit kristallinen Zeolithen gearbeitet, deren scheinbare Porengröße bei mindestens 4,6 A liegt, da sie eine raschere Adsorption und Desorption der Stickstoffmoleküle vor allem im unteren Temperaturbereich erlauben, was zu rascheren Arbeitsspielen führt, als sie mit Zeolithen von kleiner Porengröße erreicht werden können.

Der vorliegend verwendete Begriff "scheinbare Porengröße¹* kann als die größte kritische Abmessung der Molekülart definiert werden, die von dem betreffenden Zeolith-Molekularsieb unter normalen Bedingungen^adsorbiert wird. Die scheinbare Porengröße ist

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stets größer als der effektive Porendurchmesser, der als der freie Durchmesser des Silikatringes im Zeolithgefüge definiert werden kann.

Unter dem Begriff "Zeolith" wird allgemein eine Gruppe von natürlich vorkommenden und synthetischen wasserhaltigen Metall-Aluminiumsilikaten verstanden, von denen viele ein kristallines Gefüge haben. Es bestehen jedoch wesentliche Unterschiede zwischen den verschiedenen synthetischen und natürlichen Stoffen hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung, des Kristallgefüges und der physikalischen Eigenschaften, beispielsweise den Röntgenbeugungsbildern.

Das Gefüge von kristallinen Zeolith-Molekularsieben läßt sich als offenes dreidimensionales Gerüst von SiO.- und AlO.-Tetraedern beschreiben. Die Tetraeder sind über gemeinsame Sauerstoffatome verkettet, so daß das Verhältnis von Sauerstoffatomen zu der Gesamtzahl von Aluminium- und Siliziumatomen gleich 2 ist, d. h. O/(A1+Si) = 2. Die negative Elektrovalenz von aluminiumhaltigen Tetraedern wird dadurch ausgeglichen, daß im Kristall Kationen eingeschlossen sind, beispielsweise Alkalimetall- und Erdalkalimetallionen, wie Natrium-, Kalium-, Calcium- und Magnesiumionen. Durch Ionenaustauschverfahren kann ein Kation gegen ein anderes ausgetauscht werden.

Die Zeolithe lassen sich aktivieren, indem praktisch das gesamte Hydratwasser ausgetrieben wird. Der in den Kristallen nach dem

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Aktivieren verbleiben'de Raum steht zur Adsorption von Adsorbatmolekülen zur Verfügung. Jeder solche Raum, der nicht von reduzierten elementaren Metallatomen besetzt ist, ist für die Adsorption von Molekülen verfügbar, die eine solche Größe, Form und Energie haben, daß die Adsorbatmoleküle in die Poren der Molekularsiebe eintreten können.

Die Zeolithe treten als Agglomerate von feinen Kristallen auf oder werden als feine Pulver künstlich hergestellt und für Adsorptionszwecke im großen Maßstab vorzugsweise tablettiert oder pelletiert. Es sind sehr zufriedenstellende Pelletierungsverfah« ren bekannt, bei denen der sorptive Charakter des Zeoliths sowohl bezüglich der Selektivität als auch des Aufnahmevermögens praktisch unverändert bleibt.

Zu den natürlich vorkommenden Zeolith-Molekularsieben, die sich für die vorliegenden Zwecke eignen, gehören Erionit, calciumreicher Chabasit und Faujasit» Die natürlichen Stoffe sind in der chemischen Literatur ausreichend beschrieben» Geeignete künstliche kristalline Zeolith-Molekularsiebe umfassen die Typen A, R, X, Y, L und T. Zeolithe der Typen X, Y, L und Chabasit sind wegen ihrer vergleichsweise großen Porengröße besonders geeignet Zeolith A ist ein kristallines Zeolith-Molekularsieb, das durch die Formel

1,O±O,2M ₂ O:A1₂O₃:1,85±O,5SiO₂:yH₂O

rf
dargestellt werden kann, wobei M ein Metall darstellt, η die Valenz von M ist und y jeden beliebigen Wert bis zu ungefähr 6

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haben kann. Frisch synthesierter Zeolith A enthält vorwiegend Natriumionen; er wird als Natriumzeolith A bezeichnet» Alle Formen von Zeolith A mit einwertigem Kation haben eine scheinbare Porengröße von ungefähr 4 A, mit Ausnahme der Kaliumform, deren

ο
Porengröße bei ungefähr 3 Ä liegt und die sich infolgedessen für die vorliegenden Zwecke nicht eignet. Wenn mindestens ungefähr 4O % der Plätze der einwertigen Kationen mit zwei- cder dreiwer-

■M

tigen metallischen Kationen besetzt sind, hat Zeolith A eine scheinbare Porengröße von ungefähr 5 A.

Zeolith R ist in der US-PS 3 O3O 181 beschrieben=

Zeolith T hat eine scheinbare Porengröße von ungefähr 5 A und ist aus der US-PS 2 950 952 bekannt,

Zeolith X hat eine scheinbare Porengröße von ungefähr 10 A und ist in der US-PS 2 882 244 beschrieben.

Zeolith Y weist eine scheinbare Porengröße von ungefähr 1O A auf und ist in der US-PS 3 130 007 beschrieben.

Eine Ausführungsform, bei der Wärme zum Eintrittsende sowohl mittels einer externen Wärmequelle als auch durch Wärmeleitung über metallische Festkörper übertragen wird, ist in Fig„ 15 in Verbindung mit einer Dreibettanlage veranschaulicht» Die Einsatzluft in der Sammelleitung 11 wird mittels eines Verdichters 20 komprimiert; Wärme wird dem Gas in Form von Kompressionswärme

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zugeführt, Normolerweise ward diese Warme in einem Nachkühler beseitigt, da das Aufnahmevermögen des Adsorptionsmittels bei höherer Temperatur kleiner wird. Diese Kühlung erfolgt im allgemeinen in einem Kanal 50 durch Wärmeaustausch mit Wasser in einem Kanal 51„ Da jedoch Kompressionswärme häufig in mehr als für diesen Zweck ausreichender Menge anfällt, kann für eine kontrollierte Wärmezufuhr einfach dadurch gesorgt werden» daß wahlweise ein Teil der komprimierten Luft über eine Leitung 52 und ein in dieser Leitung liegendes Steuerventil um den Nachkühler herumgeleitet wird. Entsprechend einer abgewandelten, nicht veranschaulichten Ausführungsform wird die der· Einsatzluft zugeführte resultierende Kompressionswärme dadurch geregelt, daß die vom Verdichter abgegebene Gesamtluftmenge mehr oder minder stark gekühlt wird» Dieser Kühlvorgang kann erfolgen, indem die Kühlwassertemperatur oder die Kühlwasserdurchflußmenge geregelt werden.

Ein Vorteil der Wärmeübertragung auf das Eintrittsend'e durch beide Verfahren besteht darin, daß in dem Bett kleinere und/oder weniger Metallelemente benötigt werden„ Außerdem braucht die Einsatzluft weniger angewärmt zu werden; dies vermindert die Menge der zusammen mit der Einsatzluft eingeleiteten Feuchtigkeit.

Die an Hand der Fig. 15 und 16 erläuterte Dreibettanlage (Anlagen dieser Art sind an sich aus den US-PSen 3 636 679 und 3 717 974 bekannt) eignet sich besonders, wenn das Sauerstoff-

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ORIGINAL !MSPECTED

produkt mit nur g'eringem Überdruck verbraucht werden soll, beispielsweise als Belüftungsgas für eine Abwasserbel ebungsanlage,, Bei dieser Ausführungsform wird mindestens der größere Teil der Einsatzluft eingeleitet, während gleichzeitig ein Anstieg des
Adsorberbettdruckes erfolgt. Der Druckanstieg im Bett ist darauf zurückzuführen, daß die resultierende augenblickliche Menge des eingeleiteten Gases (Zustrom minus Abstrom) das Adsorptionsvermögen des Bettes übersteigt. Derartige Ausführungsformen unterscheiden sich von solchen, bei denen mindestens der größere Teil der Einsatzluft im Verlauf einer unter gleichförmigem Druck ablaufenden Adsorptionsphase eingeleitet wird, d, h, wo die resultierende Menge der Einsatzluftzuleitung gleich dem Adsorptionsvermögen des Bettes ist.

Entsprechend Fig. 15 sind drei Adsorberbetten A, B und C vorgesehen, die parallel zwischen die Einsatzluf tsannmelleitung 11 ,
die Sammelleitung 12 für austretendes Sauerstoffgas, eine SauerstoffspUlleitung 13 und die Abgassammelleitung 14 geschaltet
sind. Automatische Ventile 15A, 15B und 15C leiten den Einsatzluftstrom zum ersten Bett A, zum zweiten Bett B bzw, zum dritten Bett C. Über automatische Ventile 16A, 16B und 16C gelangt austretendes Sauerstoffgas¹von den Betten in die Sammelleitung 12„ Die Spülleitung 13 ist an die Sammelleitung 12 für austretendes Sauerstoffgas am Austrittsende der drei Betten angeschlossen.
SauerstoffspUlgas wird den Betten A, B und- C über automatische
Ventile 17A, 17B und 17C im Gegenstrom zur Richtung des Einsatzluftstromes zugeführt. Automatische Ventile 18A, 18B und 18C

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stehen mit der Abgassammelleitung 14 am Eintrittsende der betreffenden Betten in Verbindung, um Gegenstromdruckminderungsgas und Spülgas austreten zu lassen, Ventile 19A, 19B und 19C, die am Austrittsende der Betten stromaufwärts der Sauerstoffaustrittsventile 16A, 16B bzw, 16C liegen, sind von Hand einstellbar und begrenzen die Durchflußmenge des Druckausgleichsgases.

Fig. 16 zeigt eine in Verbindung mit der Anordnung nach Fig. 15 geeignete Taktfolge, bei der sechs unterschiedliche Phasen vorhanden sind. Innerhalb jeder dieser Phasen werden Gasströme eingeschaltet und/oder abgeschaltet. Ströme, die in das Dreibettsystem hinein- und aus diesem herausflieBen, sind' durch lotrechte Linien für den Gasfluß in der Einsatzluftsammelleitung 11 und der Sammelleitung 12 fUr austretendes Sauerstoffgas angedeutet. Die Einsatzluftsammelleitung 11 ist mit jedem der drei Adsorberbetten waagrecht verbunden; letztere sind ihrerseits an die Sammelleitung 12 für austretendes Sauerstoffgas in waagrechter Richtung qngeschlossen. Die Wiederaufdrück- und Spülphasen, bei denen ein Teil des austretenden Sauerstoffs benutzt wird, sind mit denjenigen Phasen waagrecht verbunden, die das zurückgeführte Sauers.toffgas liefern, z, B. mit der Gleichstromdruckminderungs- .phase und der Druckausgleichsphase. Alle zwischen den Betten auftretenden Gasströme sind in der Figur entsprechend bezeichnete

Aus Fig. 16 ist zu erkennen, daß zu jedem Zeitpunkt eines der Adsorberbetten Produktsauerstoff mit fortschreitend abnehmendem

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Druck an die Produktsommelieitung 12 liefert, und zwar das Bett C wahrend der Zeitspanne O-4O Sekunden» das Bett A während der Zeitspanne 40-80 Sekunden und das Bett B während der Zeitspanne 80-120 Sekunden, Dementsprechend geht an den Verbraucher ein kontinuierlicher Produktsauersterfstrom.

Die Ausnutzung des Druckausgleichs- und des Gleichstromdruckminderungsgases innerhalb des Systems ist durch waagrechte Stromlinien angedeutet. Jede Druckausgleichsphase ist mit einer Wiederauf drückphase eines anderen, bereits gespülten Bettes in waagrechter Richtung verbunden. Ferner ist jede Gleichstromdruckminderungsphase mit einer SpUlphase eines anderen Bettes waagrecht verbunden, das gerade eine Gegenstromdruckminderung erfahren hat.

Im folgenden ist jede Phase des Arbeitsspiels des Bettes A unter Bezugnahme auf diejenigen Anlagenteile der Fig. 15 erläutert, die bei den betreffenden Arbeitsspieländerungen beteiligt sind. Die angegebenen Drücke sind typisch für eine Luftzerlegung unter Verwendung von Calciumzeolith A als Adsorptionsmittel.

Zeit 0-15 Sekunden: Das Bett A wird wiederaufgedrückt j der Druck im Bett B wird im Gegenstrom abgesenkt; das Bett C erfährt einen Druckausgleich. Die Ventile 15A und 16A sind offen, während.die Ventile 17A und 18A schließen. Einsatzluft wird dem Bett A über das Eintrittsende von der Sammelleitung 11 aus zugeführt. Gleichzeitig strömt an der einen Komponente verarmtes Gas von der Sammelleitung 12 aus in das Austrittsende des Bettes A ein» Dieser

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Sauerstoffsi rom wird vom Bett C über das Trimmventil 19C und das Ventil 16C abgeleitet und gelangt über das Ventil 16A und das Trimmventil 1 9A in dos Bett A-. Der' Druck im Bett C wird während dieser Zeitspanne im Gleichstrom abgesenkt; der Gasstrom dauert an, bis die Drücke de'; Betten A und C im wesent.la.3hen

2 ausgeglichen sind und ein Überdruck von ungefähr 1 ,O5 kp/cm erreicht ist, Während dieser Zeitspanne fließt ein starker Druckausgleichsgasstrom, während die Durchflußmenge der vom Verdichter 20 kommenden Einsatzluft begrenzt ist, so daß der größere Teil des zum Wiederaufdrücken des Bettes A von O auf 1,05 kp/cm dienenden Gases Sauerstoffgas ist. Während dieser Zeitspanne wird ferner ein weiterer Teil des das Bett C verlassenden -Gases als Produktsauerstoff über die Sammelleitung 12 abgegeben.

Zeit 15-40 Sekunden; Das Ventil 16A schließt, jetzt« Dem Bett A strömt nur noch Einsatzluft zu, bis der Endüberdruck von 2,11 kp/

2
cm erreicht ist= Damit ist die WiederaufdrUckphase des Bettes A abgeschlossen.

Zeit 4O-55 Sekunden; Die Druckausgleichsphase des Bettes A beginnt mit dem Schließen des Ventils 15A und dem Öffnen der Ventile 16A und 16B, wobei der Druck im Bett im Gleichstrom abgesenkt wird, indem Gas am Austrittsende freigesetzt wird. Sauerstoff produktgas strömt über das Steuerventil 21 in der Sammelleitung 12.ZU der stromabwärts des Ventils 21 befindlichen Produktleitung, und zwar in einer Durchflußmenge, die die Produktleitung auf einem geeignet niedrigen Druck, beispielsweise einem

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2
Überdruck von 0,21 kp/cm hält. Der restliche größere Teil des Sauerstoffgases gelangt über die Ventile 16B und 19B zum Austrittsende des Bettes B, um dieses teilweise wiederaufzudrüekeo, Das Bett B war zuvor von dem Stickstoffadsorbat befreit worden;

2 es liegt zunächst, auf einem Überdruck von ungefähr O kp/cm . De<Produktgasstrom vom Bett A zum Bett B dauert ungefähr 15 Sekunden lang an, bis die beiden Betten im wesentlichen auf dem glei-

2 chen Überdruck liegen, beispielsweise auf 1,05 kp/cm .

Zeit 55-8O Sekunden; Zusätzliches an Stickstoff verarmtes Gas wird am Austrittsende des Bettes A freigesetzt, wobei der Druck dieses Bettes im Gleichstrom weiter vermindert wird, Ein Teil dieses Gases gelangt durch Schließen des Ventils 16B und Öffnen des automatischen Ventils 17C in der Spülleitung zum Austrittsende des Bettes C; Stickstoff wird bei einem geringen Überdruck ausgetrieben. Die Ventile 23 und 24 verringern den Spülgasdruck auf im wesentlichen Atmosphärendruck und halten die Durchflußmenge des Spülgases konstant * Dies hält seinerseits die Gesamtspülgasmenge konstant, da die Spülphase vorzugsweise eine fest vorgegebene Zeitdauer hat, Die Durchflußmenge wird mittels des Regelventils 23 auf einem gleichbleibenden Wert gehalten, wobei das Ventil 23 den Druck zwischen den beiden Ventilen 23 und 24 konstant hält, Aus dem Eintrittsende des Bettes C austretendes Abgas strömt über das automatische Ventil 18C in der Abgassammelleitung 14 und wird über das automatische Abgasauslaßventil 25 freigesetzt. Das Ventil 25 stellt kein Absperrventil, sondern einen Durchflußmengenbegrenzer dar, Im Schließzustand sorgt das

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Ventil 25 für eine Durchf lußmengenbegrenzung in der Abgasscim« melleitung 14, wodurch die Druckminderungsgeschwindigkeit aaf einen Wert herabgesetzt wird, bei dem die Adsorptionsmitteiteilchen keinen Schaden leiden. Für den Spülgasabzug wird dos» Ventil 25 dagegen geöffnet, das heißt die Durchflußmengenbegrenzung beseitigt, da der Spülgasstrom bereits durch die Ventil gruppe 23, 24 begrenzt wird. Ein weiterer Teil des das Bett A verlassenden, an Stickstoff verarmten Gases wird als Produkt-Sauerstoff abgegeben» Während dieser Phase sinkt, der Druck des Bettes A und der Sammelleitung 12 weiter ab, bis er einen Wert von ungefähr O,77 kp/cm erreicht hat= Dies ist nach ungefähr 25 weiteren Sekunden (d„ h. 8O Sekunden nach Einleiten des Ar-beitsspiels) der Fall« Der niedrigste Druckgrenzwert der Gleiih-

2 Stromdruckminderung von beispielsweise 0,28 kp/cm muß eingencu ten werden, da dieser Druck dem bevorstehenden Durchbruch der Adsorptionsfront am Austrittsende des Bettes entspricht= Damit ist die Produktionsphase des Bettes A abgeschlossen.

Zeit 8O-95 Sekunden; Das Bett A beginnt jetzt mit der Stickstoffadsorbatdesorptionsphase, indem die Ventile 16A und 17C schließen, während das Ventil 18A öffnet. Zusätzliches Gas wird bei einem Überdruck von 0,28 kp/cm am Eintrittsende des Bettes A freigesetzt, um für eine Gegenstrcmdruckminderung des Bettes A über die Abgassammelleitung 14 und das Auslaßventil 25 zu sorgen. Das Ventil 25 schließt während dieser Phase und bewirkt damit die oben erläuterte Durchflußmengenbegrenzung, um übermäßige Durchflußmengen des aus dem Bett abströmenden Gases zu ν er·-

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meiden. Diese Ph^se dauert an, bis der Druck nach ungefähr 15 Sekunden auf praktisch Atmc-äphar ^ndruck gesunken ist,

Zeit 95-12.0 Sekunden; Aus dem Bett A wird restliches Stickstoffadsorbat durch Öffnen der Ventile 17A und 25 ausgespült. Zusätzliches an Stickstoff verarmtes 3as vom Austrittsende des Bettes B durchströmt die Sammelleitung 12, die Ventile 23,24 und die Spülleitung 13, um schließlich über das Ventil 17A 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 Auslaßventil 25 abgeführt. Die Spülphase dauert 25 Sekunden lang an. Mit ihr ist das volle Arbeitsspiel des Bettes A abgeschlossen. Das Bett kann nun in der zuvor beschriebenen Weise wieder mit Einsatzluft aufgedrückt werden.

Die Betten B und C durchlaufen nacheinander die obengenannten Phasen, wobei das Bett B gleichzeitig mit Einsatzluft und Produktsauerstoff wiederaufgedrückt wird, während die Druckausgleichsphase des Bettes A abläuft (Zeitspanne 4O bis 55 Sekunden). Das Wiederaufdrücken des Bettes C mit Einsatzluft und Produktsauerstoff erfolgt während der Gegenstromdruckminderung des Bettes A (Zeitspanne 80 bis 95 Sekunden). Die erforderlichen Ventilumstellungen für diese Stufen ergeben sich aus den Figuren 15 und 16 und der vorstehenden Beschreibung. Zum Einleiten und Koordinieren de,r Ventilumstellungen ist eine Taktsteueranordnung erforderlich. Der Taktregler kann beispielsweise ein Signal von einem druckempfindlichen Fühler aufnehmen, der stromabwärts vom

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... 48 -

Verdichter 2.0 in der Einsatzluf tsammelJ eitung 11 liegt,

Die oben beschriebene Anlage mit drei Adsorberbetten, die bevorzugt verwendet wird, wenn Sauerstoffproduktgas bei niedrigem Druck abgegeben werden soll» arbeitet also in der Weise, daß sich das erste Bett zunächst auf dem niedrigsten Druck befindet und von Stickstoffadsorbat befreit ist» Einsatzluft und Sauerstoffgas werden gleichzeitig vom Eintrittsende bzw, vom Austrittsende des ersten Bettes aus eingeleitet. Gleichzeitig wird Sauerstoff gas am Austrittsende eines dritten Bettes freigesetzt_f das zunächst auf dem höchsten Überdruck lag. Ein Teil dieses Gases wird als Produktgas abgegeben„ Der restliche Teil wi"rd .zum Austrittsende des ersten Bettes zurückgeführt, um gleichzeitig mit der Einsatzluft in das erste Bett zu gelangen. Das Gas strömt, bis die Drücke von erstem und drittem Bett bei einem ersten höheren Wert ausgeglichen sind» Nachdem das Einleiten von Sauerstoff gas in das Austrittsende abgeschlossen ist, wird weiter Einsatzgas in das Eintrittsende des ersten Bettes eingeleitet, bis das Bett auf den höchsten Überdruck wiederaufgedrückt ist. Sauerstoff wird dann vom Austrittsende des wiederaufgedrückten ersten Bettes freigegeben, wobei ein Teil des Gases als Produktgas abgeht, während der Rest zum Austrittsende eines teilweise wiederaufgedrückten zweiten Bettes zurückgeführt wird, während gleichzeitig Einsatzluft über das Eintrittsende des zweiten Bettes einströmt, bis die Drücke von erstem und zweitem Bett bei dem ersten höheren Druckwert ausgeglichen sind. Es erfolgt dann eine Gleichstromdruckminderung des ersten Bettes auf einen absoluten

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2
Druck von ungefähr 1,48 kp/cm . Die Gleichstromdruckminderung des ersten Bettes wird fortgesetzt, wobei ein Teil des Sauerstoffs als Produktgas abgegeben wird« Der Rest wird zum Austrittsende des dritten Bettes zurückgeführt» um aus dem dritten Bett Stickstoffadsorbat auszuspülen. Danach erfolgt eine Gegenstromdruckminderung des ersten Bettes, worauf Sauerstoff aus der Gleichstromdruckminderung des zweiten Bettes zum Austrittsende des ersten Bettes zurückgeleitet wird, um das erste Bett zu spülen. Die oben erläuterten Schritte laufen nacheinander entsprechend der Taktfolge der Fig, 16 für das zweite und dritte Bett ab.

Beispiel I

Bei Versuchen, die unter Verwendung der vorstehend erläuterten Dreibettanlage nach den Fig. 15 und 16, jedoch ohne die erfindungsgemäße Aufwärmung des Eintrittsendes, durchgeführt wurden, waren die Betten 2,44 m lang und in Gefäßen von kreisförmigem Querschnitt mit 0,66 m Innendurchmesser untergebracht. Das Adsorptionsmittel bestand aus 1,6 mm großen Pellets aus Calciumzeolith A. Die Einsatzluft wurde nicht vorbehandelt, um CO₂ zu beseitigen; sie war mit Wasser gesättigt. Jedes der Gefäße enthielt 544 kp Adsorptionsmittel; der Anlage wurde Einsatzluft in einer mittleren Durchflußmenge von 258 Nm /h bei einer Temperatur von 37,8°C zugeführt. Der vorstehend genannte höchste Überdruck betrug 3,16 kp/cm (absolut), Das Bett A war mit Thermoelementen ausgestattet, die entlang der Achse der Gefäße zwi-

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sehen dem Lufteintrit-tsende und dem Austrittsende verteilt waren. Die Betten B und C waren mit einem axial angeordneten Thermoelement ausgerüstet, das sich 0,6 m tief im Lufteintrittsende des Bettes befand=

Produktgas wurde in einer Menge von 17,9 Nm /h abgeführt und auf seinen Sauerstoffgehalt analysiert. Nach wiederholten Taktfolgen bildete sich im Eintrittsende eine Zone verminderter Temperatur entsprechend den beiden mittleren Kurven der Fig. 2 aus. Diese Kurven lassen den Temperaturverlauf zwischen dem kältesten und dem wärmsten Abschnitt der Betten zu jeweils dem gleichen Zeitpunkt erkennen. Für das Beispiel I sind zwei Kurven eingetragen; sie lassen die Temperaturschwankungen erkennen, die an einer einzelnen Stelle im Bett auftreten. Diese Temperaturschwankungen sind ein Maß für den zyklischen Temperatureffekt, der adiabatischen Druckkreisadsorptionsprozessen gemeinsam ist; sie sind sehr klein im Vergleich zu der Größe des zwischen den Enden des Bettes ausgebildeten stabilen Temperaturgradienten. Es ist festzuhalten, daß der Temperaturabfall auf den ersten Zentimetern der Adsorberbettlänge verhältnismäßig klein ist, weil dieser Abschnitt mit bevorzugt adsorbierten Luftverunreinigungen (in erster Linie Wasser und CO₂) beladen und dort praktisch kein Stickstoff adsorbiert wird. Die Temperatur fällt dann auf den ersten 0,3 m der Bettlänge steil auf einen niedrigen Wert ab, der in einem Abstand von 0,3 m vom Auflagesieb ungefähr -29°C beträgt, so daß die Temperaturdifferenz innerhalb des Eintrittsendes bei 66,7°C liegt. Das System stabilisiert sich auf

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eine Produktreinheit von nur 88 % Sauerstoff bei einer Sauerstoffausbeute von 29,3 %,

Beispiel II

Bei einem weiteren Versuch mit der gleichen Dreibettanlage, wie sie für das Beispiel I benutzt wurde, wurde der Anlage Einsatzluft in einer mittleren Menge von 256 Nm /h bei einer Temperatur von 3,3°C zugeführt. Der höchste Überdruck betrug 3,16 kp/cm (absolut); es erfolgte wiederum kein Anwärmen des Eintrittsendes. Produktgas wurde in einer Durchflußmenge von 21,8 Nm /h abgegeben. Nach wiederholten Arbeitsspielen bildete sich im Eintrittsende eine Zone verminderter Temperatur entsprechend den beiden untersten Kurven der Fig. 2 aus. Die niedrigste Temperatur betrug ungefähr -55°C in einem Abstand von 0,3 m vom Auflagesieb, so daß die Temperaturdifferenz innerhalb des Eintrittsendes 58,3°C beträgt. Die Anlage stabilisierte sich auf eine Produktreinheit von 66 %' Sauerstoff bei einer Sauerstoffausbeute von 26,7 %.

Beispiel III

Bei einem weiteren Versuch wurde eine Dreibettvorrichtung benutzt, die mit der in den Beispielen I und II verwendeten Anlage mit der Ausnahme übereinstimmte, daß der Adsorberbettdurchmesser 0,61 m betrug. Diese Vorrichtung wurde mit plattenförmigen metallischen Elementen ausgestattet, die in der in den Fig. 5 bis 7 veranschaulichten Weise gruppiert und angeordnet waren.

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Die Platten bestanden aus Aluminium und waren 1,6 mm dick; sie hatten innerhalb des Adsorberbettes einen gegenseitigen Abstand von 76 mm und reichten vom Auflagesieb am Einlaß bis zur Oberseite des Adsorberbettes am Produktende. Die Gesamtquerschnitts-

2
fläche dieser Aluminiumplatten je m Adsorptionsmittelquer-

schnittsfläche betrug 0,0233 m , so daß in der vorstehend angegebenen Formel (1) für den Wert A der Faktor X bei ungefähr 5,0 liegt.

Bei diesem Versuch enthielt jedes Bett 531 kp Calciumzeolith A in Form von 1,6 mm großen Pellets; der Anlage wurde nicht vargereinigte Luft in einer mittleren Durchflußmenge von 169 Nm /h zugeführt. Die Anlage stabilisierte sich auf eine Produktreinheit von 93,4 % Sauerstoff bei einer Sauerstoffausbeute von 38,4 %. Die Gastemperaturverteilung des Bettes A in Längsrichtung ist in Fig. 2 wiedergegeben (obere Kurve). Obwohl die Betriebsbedingungen mit denjenigen des Beispiels I nicht identisch sind, sind sie doch hinreichend ähnlich, um einen Vergleich zuzulassen. Ohne die erfindungsgemäßen Maßnahmen hätte die niedrigste Gastemperatur im Eintrittsende bei ungefähr -31,7°C gelegen; die Temperaturdifferenz innerhalb des Bettes hätte ungefähr 66,7 C betragen. Mit den Aluminiumelementen betrug die niedrigste Gastemperatur im Bett ungefähr 11,1 C; die Temperaturdifferenz innerhalb des Eintrittsendes lag bei nur 24,4 C. Die Sauerstoffproduktreinheit wurde von 88 % Sauerstoff auf 93,4 % Sauerstoff gesteigert; die Sauerstoffausbeute nahm um ungefähr 31 % zu, was eine sehr erhebliche Verbesserung darstellt.

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Bei der Vierbettanlage gemäß den Fig. 17 und 18 wird dem Eintrittsende 8 der Adsorberbetten externe Wärme über eingebettete elektrische Heizelemente oder ein Heizfluid führende Rohrschlangen 55 zugeführt» Der bevorzugte Ort für eingebettete Wärmeaustauschanordnungen liegt innerhalb der anfänglichen 15 % der Bettlänge. Die externe Wärmezufuhr kann über eine beliebige
zweckentsprechende Wärmeaustauscheranordnung erfolgen, beispielsweise einen Doppelrohrwärmeaustauscher, bei dem Dampf als Heizmedium verwendet wird.

Eine Vierbettanlage gemäß den Fig. 17 und 18 (die als solche beispielsweise aus der US-PS 3 564 816 bekannt ist) eignet sich besonders für Anwendungsfälle, wo der Produktsauerstoff mit im wesentlichen dem gleichen Druck wie die Einsatzluft zur Verfügung
stehen muß. Die selektive Adsorption wird nur in Verbindung mit
der Beseitigung von Stickstoff aus dem Einsatzgasstrom zwecks Erzeugung von Sauerstoff beschrieben; es versteht sich jedoch, daß atmosphärische Verunreinigungen, in erster Linie Wasser und COp, aber auch Spurenmengen von leichten Kohlenwasserstoffen, von
kristallinen Zeolith-Molekularsieben mit einer Porengröße von
mindestens 4 A gleichfalls selektiv und bevorzugt gegenüber Sauerstoff adsorbiert werden. Diese Verunreinigungen werden während des unter niedrigem Druck ablaufenden Spülens zusammen mit dem
Stickstoff aus dem Adsorberbett desorbiert.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 17 sind vier Adsorberbetten
A, B, C und D strömungsmäßig parallel zwischen eine Einsatzluft-

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Sammelleitung 11O und eine Sammelleitung 111 für nicht adsorbierten Produktsauerstoff geschaltet. Über automatische Ventile 1O1A, 1O1B, 1O1C und 1O1D wird Einsatzluft dem ersten Bett A, dem zweiten Bett B₁ dem dritten Bett C bzw, dem vierten Bett D zugeführt. Automatische Ventile 1O2A, 1O2B, 1O2C und 1O2D lassen Produktsauerstoff aus diesen Betten in die Produktsammelleitung 111 gelangen.

Der adsorbierte Stickstoff wird durch Gegenstromdruckmindern und Spülen über eine Abgassammelleitung 112 am Eintrittsende der Betten ausgeschieden. Die Adsorber A und B sind an ihren Eintrittsenden über eine Leitung 113 miteinander verbunden, in der automatische Ventile 1O3A und 1O3B liegen. In ähnlicher Weise sind die Adsorber C und D an ihren Eintrittsenden über eine Leitung 114 miteinander verbunden, in der automatische Ventile 1O3C und 1O3D liegen.

Eine Druckausgleichsleitung 115 für eine erste Druckausgleichsstufe verbindet die Austrittsenden der Adsorber A und B. In ähnlicher Weise sind die Austrittsenden der Adsorber C und D über eine Druckausgleichsleitung 116 für die erste Druckausgleichsstufe miteinander verbunden. Der erste Druckausgleich kann über automatische Ventile 1O4AB und 1O4CD herbeigeführt werden, die in den Leitungen 115 bzw, 116 sitzen. In Reihe mit den Druckausgleichsventilen 1O4AB und 1O4CD.liegen Ventile 117 bzw. 118, bei denen es sich um von Hand voreingestellte Drosseleinrichtungen handelt, die das Auftreten von übermäßig hohen Durchflußmengen

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verhindern und ein Einstellen und Abgleichen der Druckausgleichsgeschwindigkeiten zwischen den Adsorberbettpaaren AB und DC gestatten .

Automatische Ventile 1O5A, 1O5B, 1O5C und 1O5D 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 119 und 12O in Spülgasverbindungsleitungen 121 bzw. erfüllen den gleichen Zweck, wie er oben in Verbindung mit den Ventilen 117 und 118 für den ersten Druckausgleichskreis erläutert ist. Die Spülgasverbindungsleitungen 121 und 122, die strömungsmäßig parallel zueinander liegen, enthalten auBerdem in entgegengesetzter Strömungsrichtung orientierte Gegendruckregler 123 und 124, 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 123 und 124 werden derart eingestellt, daß ein Mindestdruck, beispielsweise ein Druck von 3,52 kp/cm , in dem Bett aufrechterhalten wird, bei dem eine Gleichstromdruckminderung erfolgt. Wenn dieser Druck erreicht ist, werden die Gleichstromdruckminderungsphase und die Spülphase beendet. Dadurch wird verhindert, daß die Gleichstromdruckminderung bis zu einem übermäßig niedrigen Druck fortgesetzt wird, bei dem es zu einem Durchbruch der Adsorptionsfront der einen Komponente kommt.

Die Ventile 117, 118, 119 und 120 sind, wie oben erläutert, Durch-

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flußmengenbegrenzer, die eine Beschädigung der Betten auf Grund eines übermäßigen ΔΡ und einer zu großen Fluidgeschwindigkeit verhindern. Entsprechende Vorsorge kann während der Gegenstromdruckminderung mittels eines voreingestellten Drosselventils 125 getroffen werden, das parallel zu einem Hauptabgasventil 26 in der Abgassammelleitung 112 liegt= Während der Gegenstromdruckminderung wird das automatische Hauptabgasventil 26 geschlossen, wodurch das Gas gezwungen wird, den Umweg über das Ventil 125 zu nehmen. Während der folgenden, auf dem niedrigsten Druck stattfindenden Spülphase öffnet das Ventil 26, um den Strömungswiderstand in der Abgassammelleitung 112 kleinstmöglich zu halten.

Eine Wiederaufdrückleitung 27, in der ein Konstantstrom-Regelventil 28 liegt, ist an die Produktsammelleitung 111 angeschlossen, um das aus einem Adsorber während der Adsorptionsphase austretende, nicht adsorbierte Produktgas einem anderen Adsorber zuzuführen, der auf einen niedrigeren Zwischendruck teilweise wiederaufgedrückt ist. Die Leitung 27 steht ihrerseits mit einer Produktrückleitung 29 in Verbindung, die an Wiederaufdrückventi-Ie 1O6A bis 1O6D angeschlossen ist, die die Produktleitungen mit den Adsorbern A bis D verbinden. Über Verbindungsleitungen 43 und 44 gelangt das bei den zweiten, auf einem niedrigeren Druck ablaufenden Druckausgleichsphasen der Betten A und B freigesetzte Gas zu den Betten C und D, bzw. umgekehrt. Am Eintrittsende sind vier zusätzliche Steuerventile 1O7A, 1O7B, 1O7C und 1O7D in Leitungen 45 und 46 vorgesehen, die die Betten A und B bzw« C und D miteinander verbinden.

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Die gegenüberliegenden Enden einer Druckausgleichsleitung 40 für die zweite Druckausgleichsstufe stehen über das Ventil 1O5A mit dem Austrittsende des Bettes A, über das Ventil 1O5B mit dem Austrittsende des Bettes B, über das Ventil 1O5C mit dem Austrittsende des Bettes C und über das Ventil 1O5D mit dem Austrittsende des Bettes D in Verbindung. Der Gasstrom in der Leitung 40 wird mit Hilfe von 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 Einsatzbedingungen, der Adsorptionsmittelkapazität und der dynamischen Eigenschaften bestimmt werden= Auch die erste Druckausgleichsphase und die Gleichstromdruckminderungsphase werden beendet, wenn die Adsorptions front noch vollkommen innerhalb des Bettes liegt und noch kein Durchbruch erfolgt ist. Dies ermöglicht ein Entfernen des Stickstoffes aus dem in den Zwischenräumen des Adsorptions-

mittels eingeschlossenen Gas durch Adsorption innerhalb des Austrittsendes des Bettes, so daß das abströmende Druckausgleichsgas und das Spülgas praktisch die gleiche Reinheit wie das Produktgas haben. Falls die*Gleichstromdruckminderungsphase vor der zweiten Druckausgleichsphase.durchgeführt wird, muß die gesamte Rückgewinnungsphase für das in den Zwischenräumen des Adsorptionsmittels eingeschlossene Gas abgeschlossen werden, solange die Adsorptionsfront noch ganz innerhalb des mit Einsatzluft gespeisten Bettes liegt. Falls die zweite Druckausgleichsphase dagegen nach der Gleichstromdruckminderungsphase durchgeführt wird, kann die

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zweite Druckausgleichsstufe über den Durchbruchspunkt hinaus fortgesetzt werden, weil das austretende Gas zum Wiederaufdrükken 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 die in der vorhergehenden Phase abgeschiedenen adsorbierbaren Stoffe beseitigt werden. Das heißt, das Bett wird mittels des Spülfluids nicht von dem gesamten Stickstoff befreit. Dadurch, daß das Spülfluid im Gegenstrom fließt, wird jedoch sichergestellt, daß die Adsorptionsfront in Richtung auf das Eintrittsende zurückgeschoben wird. Dies stellt ein reines Produkt selbst während des anfänglichen Teils der anschließenden Adsorptionsphase sicher.

Der Einsatz der mit vier Adsorberbetten arbeitenden Anlage nach Fig. 17 läßt sich am besten in Verbindung mit dem Takt- und Zeitprogramm gemäß Fig. 18 verstehen. Es sind sechs unterschiedliche Phasen vorhanden; innerhalb jeder dieser Phasen werden Gasströme ein- und/oder abgeschaltet. Ströme, die in das Vierbettsystem hineingehen und aus diesem herauskommen, sind durch lotrechte Linien angedeutet, die die Einsatzgassammelleitung 110, die Sammelleitung 111 für den austretenden, nicht adsorbierten Produktsauerstoff und die Stickstoffdesorbatleitung 112 verbinden. Die Einsatzluftsammelleitung 11O ist mit jeder der vier Adsorptionsphasen lotrecht verbunden, die ihrerseits über lotrechte Linien

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mit der Produktsammelleitung 111 verbunden sind„ Die Gegenstromdruckminderungs-' und Spülphasen, während deren der adsorbierte Stickstoff aus den Betten entladen wird, sind on die Desorbatabgassammelleitung 112 lotrecht angeschlossen. Die Wiederaufdrückphasen, bei denen ein Teil des austretenden, nicht adsorbierten Produktsauerstoffes verwendet wird, sind mit der Produktsammelleitung 111 lotrecht verbunden. Alle den vier Betten zugeordneten Gasströme sind in der Figur entsprechend bezeichnet.

Um diejenigen Phasen , ^-bei denen Gleichstromdruckminderungsgasströme verfügbar werden, mit den Phasen zeitlich abzustimmen, bei denen diese Gasströme ausgenutzt werden können, sind mindestens vier Adsorberbetten erforderlich. Andernfalls müßten große Tanks zur Zwischenspeicherung vorgesehen werden. Aus Fig. 18 geht hervor, daß ständig eines der Adsorberbetten in der Adsorptionsphase arbeitet und Produkt mit im wesentlichen konstantem Druck an die Produktsammelleitung 111 abgibt. Gleichzeitig erfolgen bei den drei anderen Betten eine Gleichstromdruckminderung, ein erster oder ein zweiter Druckausgleich, das Beseitigen der adsorbierten Komponente und/oder das Wiederaufdrücken für die anschließende Adsorptionsphase. Ständig nimmt eines der Betten Produktgas zum Wiederaufdrücken auf, so daß der Verbrauch des für diesen Zweck benutzten Produkts kontinuierlich und nicht intermittierend ist.

In F.ig_s 18 ist die Ausnutzung des Druckausgleichs- und Gleichstromdruckminderungsgases innerhalb des Systems durch waagrechte

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FluSlinien angedeutet= Jede erste Dnuckausgleichsphase (Druckausgleich i) ist mit einer Wiederaufdrückphase eines anderen Bettes, das bereits teilweise wiederaufgedrückt ist, waagrecht verbunden. Ebenso ist jede zweite Druckausgleichsphase (Druckausgleich II) mit einer Wiederaufdrückphase eines weiteren, gerade gespülten Bettes waagrecht verbunden, Jede Gleichstromdruckminderungsphase ist mit einer Spülphase eines anderen Bettes waagrecht verbunden»

Im folgenden ist jede Phase des Arbeitsspiels des Bettes A unter Bezugnahme auf diejenigen Anlagenteile der Fig„ 17 erläutert, die bei Taktänderungen eine Rolle spielen» Drücke, wie sie bei einem solchen Betrieb beispielsweise auftreten, sind angegeben»

A
Zeit O-6O Sekunden: Das Bett/ist bei einem Überdruck von 2,81 kp/

ρ
cm auf Adsorption geschaltet. Die Ventile 1O1A und 1O2A sind offen. Die Ventile 1O3A, 1O4AB, 105A und 106A sind geschlossen.

Zeit 60-78 Sekunden: Am Ende der Adsorptionsphase schließen die Ventile 101A Und 1O2A, während das Ventil 1O4AB öffnet, um den ersten Druckausgleich zwischen dem Bett A und dem zweiten Bett B einzuleiten. In diesem Augenblick sind mit Ausnahme des Ventils 1O6B alle anderen dem Bett B zugeordneten Ventile (die Ventile 101B₁ 102B, 103B, 107B und 1O5B) geschlossen. Das Ventil 117 begrenzt die Durchflußmenge des Druckausgleichsgases, um ein Fluidisieren des Bettes zu vermeiden, Das Gas bewegt sich * im Bett B im Gegenstrom zur Richtung der Einsatzluft.

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Zeit 78-102 Sekunden: Wenn die Drücke in den Betten A und B bei einem höheren Zwischenwert von ungefähr 1,83 kp/cm ausgeglichen sind, schließt das Ventil 1O4AB; die Ventile 1O5A, 119 und 105C öffnen, so daß Spülgas vom Bett A in das dritte Bett C im Gegenstrom zur Einsatzluft einströmen kann. Zu diesem Zeitpunkt sind mit Ausnahme des Ventils 1O3C alle anderen dem Bett C zugeordneten Ventile (die Ventile 1O2C, 1O1C, 1O4CD und 1O6C) geschlossen. Das Ventil 123 drosselt und begrenzt den Spülgasstrom, so daß das Bett C auf im wesentlichen Atmosphärendruck bleibt.

Zeit 102-120 Sekunden: Am Ende der Spülphase des dritten Bettes C hat das erste Bett A eine Druckminderung auf einen Überdruck von ungefähr 1,12 kp/cm erfahren. Nunmehr schließt das Ventil 103C, so daß das weitere Übertreten von Gas vom Bett A in das Bett C unterbrochen wird» Der Gasstrom kann auch nicht über die Spülgasverbindung (Leitung 121, Ventile 123 und 119) gelangen, weil das Regelventil 123 so eingestellt ist, daß es den Spülgasstrom unterbricht, wenn der Druck im Bett A auf den für die Entnahme von Spülgas vorbestimmten unteren Grenzwert (z. B. einen Überdruck von 1,12 kp/cm ) gesunken ist. Der weitere Gasstrom zum Aufdrücken -des Bettes C im Gegenstrom wird daher über die Leitung 43 geführt, indem das Ventil 107C geöffnet und das Ventil 123 geschlossen wird. Es findet ein Druckausgleich zwischen den Betten A und C auf einen niedrigeren Zwischendruck von unge-

fähr 0,56 kp/cm statt.

Zeit 120-138 Sekunden: Das erste Bett A erfährt nun eine Gegen-

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Stromdruckminderung auf im wesentlichen Atmosphärendruck, d.h. den niedrigsten im Verlauf des Verfahrens auftretenden Druck, indem das Ventil 1O5A geschlossen und das Ventil 1O3A geöffnet wird. Das Ventil 26 in der Abgassammelleitung 112 schließt ebenfalls, wodurch das Abgas gezwungen wird, über die Drosselvorrichtung 125 zu strömen»

Zeit 138-162 Sekunden; Spülgas für das erste Bett A wird durch Gleichstromdruckminderung des vierten Bettes D erhalten, das sich zwischen seinen beiden Druckausgleichsphasen befindet. Die Ventile 1O5A, 12O und 1O5D Öffnen, so daß das Spülgas im Gegenstrom zu dem zuvor das Bett durchlaufenden Einsatzgas strömen kann. Zu diesem Zeitpunkt sind mit Ausnahme des Ventils 1O5D alle dem Bett D zugeordneten Ventile geschlossen. Das Ventil 124 drosselt und begrenzt die Spülgasmenge, so daß das Bett A im wesentlichen auf Atmosphärendruck bleibt. Das Ventil 26 in der Abgassammelleitung 112 wird ebenfalls wieder geöffnet, wodurch der Strömungswiderstand für das Niederdruckspülgas minimal gehalten wird.

Zeit 162-180 Sekunden; Das Bett A ist nunmehr gereinigt und für das Wiederaufdrücken im Gegenstrom bereit. Die Anfangsphase des Wiederaufdrückvorganges erfolgt durch fortgesetztes Einleiten von in den Zwischenräumen des Adsorptionsmittels eingeschlossenem Gas aus dem vierten Bett D. Die Ventile 1O3A und 12O schließen, während das Ventil 107A öffnet und Gas vom Bett D zum Bett A strömen läßt. Dieses teilweise Wiederaufdrücken des ersten Bettes A im Glei chstram dauert an, bis ein Druckausgleich mit

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dem vierten Bett D bei einem niedrigeren Zwischendruck, bei-

spielsweise einem Überdruck von ungefähr 0,56 kp/cm , hergestellt ist. Dies stellt zugleich die zweite oder niedrigere Druckausgleichsphase des Bettes D dar.

Zeit 180-198 Sekunden; Die nächste Phase des Wiederaufdrückens des Bettes A erfolgt durch einen bei höherem Druck ablaufenden Druckausgleich mit dem zweiten Bett B, das seine Adsorptionsphase gerade abgeschlossen hat und zunächst auf dem vollen Einsatzgasdruck liegt. Die Ventile 1O5A und 1O7A schließen, während das Ventil 1O4AB öffnet, um eingeschlossenes Gas einzulassen, das aus dem Bett B im Gleichstrom austritt. Das Ventil 117 begrenzt die Gasdurchflußmenge und verhindert damit ein Fluidisieren des Bettes. Dieses zusätzliche Wiederaufdrücken des ersten Bettes A im Gegenstrom dauert an, bis ein Druckausgleich mit dem zweiten Bett B bei dem höheren Zwischendruck, z. B. bei

2 einem. Überdruck von ungefähr 1,83 kp/cm , erfolgt ist. Dies stellt·gleichzeitig die erste oder bei höherem Druck ablaufende Druckausgleichsphase des Bettes B dar.

Zeit 198-24O Sekunden: Die letzte Phase des Wiederaufdrückens des Bettes A auf praktisch den Einsatzdruck erfolgt mit Produktgas, welches das dritte Bett C über die Sammelleitung 111 verläßt und dessen Durchflußmenge mittels des Konstantstromregelventils 28 beim Übertritt in die Wiederaufdrückleitung 29 vorgeregelt wird. Das Ventil 1O4AB schließt, während das Ventil 106A öffnet, um das geregelte Produktgas in das Bett A einzulassen. Vorzugsweise

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beginnt diese letzte Phase des Wiederaufdrückens unter Verwendung von Produktgas mit der 180. Sekunde und läuft diese Phase gleichzeitig mit der ersten höheren Druckausgleichsphase des Bettes B ab. Ein derartiges Überlappen der beiden Wiederaufdrückgasquellen ist vorteilhaft, weil dadurch der interne Produktverbrauch geglättet wird und Schwankungen hinsichtlich der Durchflußmenge und des Druckes des Produktgases vermieden werden. Wenn das Bett· A den in der Leitung 29 herrschenden Druck erreicht, schließt das Ventil 1O6A. Das Bett ist wieder bereit, Einsatzluft zwecks Zerlegung unter Wiederholung der vorstehend erläuterten Phasenfolge aufzunehmen«

Das oben erläuterte Arbeitsspiel für das Bett A läuft bei den Betten B, C und D entsprechend ab. Wie aus Fig. 18 hervorgeht, werden die Betten in der Folge A, D, B und C auf Adsorption geschaltet, d. h= in der Reihenfolge erstes, viertes, zweites und drittes Bett. Die Taktgabe für die Anlage erfolgte mit Hilfe einer Fortschalteinrichtung, die durch das Schließen von geeigneten Zeitverzögerungs- und Druckschaltrelais betätigt wurde. Die Fortschalteinrichtung steuerte ihrerseits das Öffnen und Schließen der automatischen Ventile in der beschriebenen Folge.

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Claims (2)

1. Ansprüche

   1, Verfahren zum Zerlegen von Luft in einem adiabatischen Druckkreisprozeß, bei. dem mindestens Stickstoff alternierend in mindestens zwei wärmeisolierten kristallinen Zeolith-Molekularsieb-Adsorberbetten mit einer scheinbaren Porengröße von mindestens 4 Ä beiAußöhtemperatur selektiv adsorbiert wird, indem Einsatzluft am Eintrittsende eines ersten Adsorberbettes unter hohem Druck eingeleitet, ein mindestens 6O % Sauerstoff enthaltendes Gas vom Austrittsende abgeleitet und der Druck des ersten Bettes im Gleichstrom herabgesetzt wird, bis das erste Bett einen niedrigeren Druck angenommen hat, ein Teil des Sauerstoffs aus der Gleichstromdruckminderung zum Wiederaufdrücken eines anderen, gespülten Adsorberbettes zurückgeleitet wird, Abgas am Eintrittsende des ersten Bettes freigesetzt und dadurch der Druck dieses Bettes im Gegenstrom auf einen niedrigsten Druck abgesenkt wird, Sauerstoffgas vom Austrittsende eines anderen Adsorberbettes dem Austrittsende des ersten Bettes als Spülgas zugeleitet wird, um das Stickstoffadsorbat zu desorbieren, das adsorbathaltige Spülgas vom Ein-, trittsende des ersten Bettes als Abgas abgeführt und Sauerstoffgas vom Austrittsende eines weiteren Adsorberbettes unter einem über dem niedrigsten Druck liegenden Druck dem gespülten ersten Bett zugeführt wird, um dieses mindestens teilweise wiederaufzudrücken, wobei die Gasströme so bemessen

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   des ersten Bettes zum Wiederaufdrücken eines anderen, gespülten Adsorberbettes zurückgeleitet wird, Abgas am Eintrittsende des ersten Bettes freigesetzt und dadurch der Druck dieses Bettes im Gegenstrom auf einen niedrigsten Druck abgesenkt wird, Sauerste ffgas vom Austrittsende eines anderen Adsorberbettes dem Austrittsende des ersten Bettes als Spülgas zugeleitet wird, um das Stickstoffadsorbat zu desorbieren, das adsorbathaltige Spülgas vom Eintrittsende des ersten Bettes als Abgas abgeführt und Sauerstoffgas vom Austrittsende eines weiteren Adsorberbettes unter einem über dem niedrigsten Druck liegenden Druck dem gespülten ersten Bett zugeführt wird, um dieses mindestens teilweise wiederaufzudrücken, wobei die Gasströme so bemessen sind, daß im Eintrittsende des ersten Bettes ein Abschnitt von verminderter Temperatur ausgebildet wird, und wobei die niedrigste Gastemperatur höchstens 1,7°C beträgt, während die Temperaturdifferenz zwischen der niedrigsten und der höchsten Gastemperatur innerhalb des ersten Bettes bei mindestens 28 C liegt, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eintrittsende des Adsorberbettes sowohl durch eine externe Wärmequelle als auch durch Wärmeleitung über metallische Festkörper von dem Adsorberbetteinlaß und von dem stromabwärts des Eintrittsendes befindlichen Bettabschnitt aus Wärme in ausreichender Menge zugeführt wird, um das durchströmende Gas auf einer mindestens 11⁰C über der ohne die externe Wärmequelle und die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung über metallische Festkörper erreichten Temperatur, jedoch unter 43°C, zu halten,

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   sind, daß am Eintrittsende des ersten Bettes ein Abschnitt von verminderter Temperatur ausgebildet wird, und wobei die niedrigste Gastemperatur höchstens 1,7°C beträgt, während die Temperaturdifferenz zwischen der niedrigsten und der höchsten Gastemperatur· innerhalb des Bettes bei mindestens 28 C liegt, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eintrittsende des Adsorberbettes durch Wärmeleitung Über metallische Festkörper sowohl von dem Adsorberbetteinlaß als auch von dem stromabwärts des Eintrittsendes befindlichen Bettabschnitt aus Wärme in ausreichender Menge zugeführt wird, um das durchströmende Gas auf einer mindestens 11⁰C über der ohne eine solche Wärmeübertragung durch Wärmeleitung über metallische Festkörper erreichten Temperatur, jedoch unter 43°C, zu halten.
2. 2. Verfahren zum Zerlegen von Luft in einem adiabatischen Druckkreisprozeß, bei dem mindestens Stickstoff alternierend in mindestens zwei wärmeisolierten kristallinen Zeolith-Molekularsieb-Adsorberbetten mit einer scheinbaren Porengröße von mindestens 4 R bei Außentemperatur selektiv adsorbiert wird, indem Einsatzluft mit einer Temperatur von weniger als 32°C ,in das Eintrittsende eines ersten Adsorberbettes unter hohem Druck eingeleitet, ein mindestens 60 % Sauerstoff enthaltendes Gas vom Austrittsende abgeleitet und dann durch Freigabe zusätzlichen Sauerstoffs vom Austrittsende des ersten Bettes der Druck des ersten Bettes im Gleichstrom herabgesetzt wird, bis das erste Bett einen niedrigeren Druck angenommen hat, ein Teil des zusätzlichen Sauerstoffs aus der Druckminderung

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   ■3, Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Eintrittsende des Adsorberbettes Wärme in einer Menge von

   47 bis 475 W/m Querschnittsfläche des Bettes übertragen wird.

   4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Eintrittsende des Adsorberbettes ausreichend Wärme übertragen wird, um das durchströmende Gas auf einer Höchsttemperatur zwischen 15°C und 38°C zu halten.

   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmezufuhr von einer externen Wärmequelle erfolgt, indem die Einsatzluft mit einer über der Außentemperatur liegenden Temperatur eingeleitet wird.

   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme von einer externen Wärmequelle mit Hilfe von in das Eintrittsende des Adsorberbettes eingebrachten externen Heizmitteln eingeleitet wird.

   7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzluft auf den höchsten Druck verdichtet und dadurch um die Kompressionswärme erwärmt sowie anschließend unter Beseitigung nur eines Teils der Kompressionswärme vor dem Einleiten in das Eintrittsende wieder teilweise abgekühlt wird.

   8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzluft auf den.ihp6hsten Druck verdichtet und dadurch um dd,e

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   Kompressionswärme erwärmt, die erwärmte verdichtete Luft in zwei Teile getrennt, einer der Teile unter Beseitigung der Kompressionswärme wieder gekühlt und dieser Teil mit dem nicht wieder gekühlten Teil vor dem Einleiten in das Eintrittsende gemischt wird.

   9. Vorrichtung zum Zerlegen von Luft in einem adiabatischen Druckkreisprozeß durch selektive Adsorption von Stickstoff, mit mindestens zwei wärmeisolierten Zeolith-Molekularsieb-Adsorberbetten, deren scheinbare Porengröße mindestens 4 A beträgt und die derart angeordnet und aufgebaut sind, daß alternierend Einsatzluft zum Eintrittsende jedes Adsorberbettes unter hohem Druck gelangt und ein mindestens 6O % Sauerstoff enthaltendes Gas am Austrittsende abgegeben wird, gekennzeichnet durch mehrere metallische Elemente, die vom Einlaß jedes Adsorberbettes um mindestens ein Drittel der Strecke in Richtung auf das Austri'ttsande verlaufen sowie eine Gesamtquerschnittsfläche A (in m /m Querschnittsflächesjaes Adsorptionsmittels) von

   - ^Λ 2
   ^x f ^L \
   K ^t?74⁾

   haben, wobei L die Adsorberbettlänge (in m), K die Wärmeleitfähigkeit der metallischen Elemente (in W/Km) und X das Produkt KA für ein 2,4 m langes Adsorberbett mit Werten zwischen 0,9 und 21 W/Km ist, wobei die metallischen Elemente über die Querschnittsfläche des Adsorptionsmittels derart verteilt sind, daß der Abstand zwischen jedem Adsorptionsmittelteilchen und dem nächstliegenden metallischen Element kleiner als 180 mm ist.

   609852/0598 <

   ΙΟ, Vorrichtung zum Zerlegen von Luft in einem adiabatischen

   Druckkreisprozeß durch selektive Adsorption von Stickstoff, mit mindestens zwei wärmeisolierten kristallinen Zeolith-Molekularsieb-Adsorberbetten, deren scheinbare Porengröße mindestens 4 A beträgt und die derart angeordnet und aufgebaut sind, daß alternierend Einsatzluft zum Eintrittsende jedes Adsorberbettes unter hohem Druck gelangt, ein mindestens 60 % Sauerstoff enthaltendes Gas am Austrittsende abgegeben wird, zusätzlicher Sauerstoff am Austrittsende freigesetzt
   und dadurch der Druck des Bettes im Gleichstrom auf einen
   niedrigeren Druck herabgesetzt wird, ein Teil des zusätzlichen Sauerstoffs zum Wiederaufdrucken eines anderen,gespUlten Adsorberbettes zurückgeleitet wird, Abgas am Eintrittsende des im Gleichstrom druckabgesenkten Bettes freigesetzt und dadurch der Druck dieses Bettes im Gegenstrom auf einen niedrigsten Druck abgesenkt wird, Sauerstoffgas vom Austrittsende eines anderen Adsorberbettes dem Austrittsende des auf niedrigstem Druck befindlichen Bettes zugeleitet wird, um das Stickstoffadsorbat zu desorbieren, das adsorbathaltige Spülgas vom Eintrittsende als Abgas abgeführt und Sauerstoffgas vom Austrittsende eines weiteren Adsorberbettes unter einem über dem niedrigsten Druck liegenden Druck dem gespülten Bett zugeführt wird, um dieses mindestens teilweise wiederaufzudrücken, gekennzeichnet durch mehrere metallische Elemente, die vom Einlaßende jedes Adsorberbettes um mindestens ein Drittel der Strecke in Richtung auf das Austrittsende verlaufen

   2 2.
   sowie eine Gesamtquerschnittsfläche A (in m /m Querschnitts-

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   fläche des Adsorptionsmittels) von

   X I ² K ^V2,4'

   haben, wobei L die Adsorberbettlänge (in m)_f K die Wärmeleitfähigkeit der metallischen Elemente (in W/Km) und X das Produkt KA für ein 2,4 m langes Adsorberbett mit Werten zwischen O,9 und 21 W/Km ist, wobei die metallischen Elemente über die Querschnittsfläche des Adsorptionsmittels derart verteilt sind, daß der Abstand zwischen jedem Adsorptionsmittelteilchen und dem nächstliegenden metallischen Element kleiner als 18O mm ist.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Elemente vom Einlaß bis zum Austrittsende jedes Adsorberbettes reichen.

   12„ Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß X zwischen 1,7 und 10,4 W/Km liegt.

   13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als metallische Elemente Metallplatten vorgesehen sind. ~~™ """ ~~ "~— — -~-~-~, .

   14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorberbetten kreisförmigen Querschnitt haben und daß als metallische Elemente parallel zueinander verlaufende Metallplatten vorgesehen sind, die über den Quer-

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   schnitt der Adsorberbetten in gleichmäßigen Abständen verteilt sind =

   15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorberbetten kreisförmigen Querschnitt haben und daß als metallische Elemente 0,8 bis 6,4 mm dicke Aluminiumplatten vorgesehen sind, die parallel zueinander stehen und in gleichmäßigen Abständen von 38 bis 203 mm über den Adsorberbettquerschnitt verteilt sind.

   16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß als metallische Elemente Metallplatten vorgesehen sind, von denen jede mit einer Mehrzahl von in Axialrichtung durchgehenden Öffnungen versehen ist.

   17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorberbetten kreisförmigen Querschnitt haben und als metallische Elemente sich in Axialrichtung erstreckende, radial angeordnete Metallplatten vorgesehen sind, deren Außenkanten entlang dem Umfang der Adsorberbetten in gleichen gegenseitigen Abständen liegen.

   18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als metallische Elemente Metallstäbe vorgesehen sind, die parallel zueinander verlaufen und über die Adsorberbetten in gleichmäßigen Abständen verteilt sind»

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   19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als metallische Elemente Aluminiumstäbe von 6,4 bis 25,4 mm Durchmesser vorgesehen sind, die parallel zueinander verlaufen und über die Adsorberbetten in gleichförmigen Abständen verteilt sind und deren Gesamtquerschnitts-

   2 2
   fläche O,O1 bis O,1O m /m Adsorptionsmittelfläche beträgt.

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