DE29817824U1 - Arrangement for the adsorption of xenon from a gas mixture - Google Patents

Arrangement for the adsorption of xenon from a gas mixture

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Description

Beschreibung Dräger Aerospace GmbH Moislinger Allee 53 - 55, 23558 Lübeck, DE 5Description Dräger Aerospace GmbH Moislinger Allee 53 - 55, 23558 Lübeck, DE 5

Anordnung zur Adsorption von Xenon aus einem GasgemischArrangement for the adsorption of xenon from a gas mixture

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Adsorption von Xenon aus einem Gasgemisch.The invention relates to an arrangement for adsorbing xenon from a gas mixture.

Xenon ist ein bekanntes Edelgas, dessen Einsatz als Anästhetikum im Bereich der Medizin seit einigen Jahren untersucht wird. Aufgrund der vergleichsweise hohen Kosten des Xenons wäre es wünschenswert, über eine Vorrichtung zu verfügen, die die Wiedergewinnung des mit dem Atemgasgemisch exhalierten Xenons mit einer hohen Ausbeute gestattet.Xenon is a well-known noble gas whose use as an anesthetic in the medical field has been studied for several years. Due to the relatively high cost of xenon, it would be desirable to have a device that allows the xenon exhaled with the breathing gas mixture to be recovered with a high yield.

Ein Verfahren zum selektiven Entfernen von Xenon aus nuklearen Abgasströmen geht aus der DE 30 49 761 A1 hervor. Dabei wird der Abgasstrom über ein Adsorberbett mit silberausgetauschtem Mordenit geführt.A process for the selective removal of xenon from nuclear exhaust gas streams is described in DE 30 49 761 A1. The exhaust gas stream is passed over an adsorber bed with silver-exchanged mordenite.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine im Betrieb einen niedrigen Energieaufwand erfordernde Anordnung zur Adsorption von Xenon aus einem Gasgemisch vorzuschlagen, die zudem kompakt aufgebaut ist und aus wenigen Bauelementen besteht.
Die Lösung der Aufgabe erhält man mit den kennzeichnenden Merkmalen für eine Anordnung der eingangs genannten Art.
The object of the present invention is to propose an arrangement for the adsorption of xenon from a gas mixture which requires low energy consumption during operation and which, moreover, has a compact design and consists of few components.
The solution to the problem is obtained using the characteristic features for an arrangement of the type mentioned at the beginning.

Die Unteransprüche definieren vorteilhafte Weiterbildungen.der Anordnung nach Anspruch 1.The subclaims define advantageous further developments of the arrangement according to claim 1.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht in der Füllung des Adsorberelements mit bereits kommerziell erhältlichen Zeolithen, die bereits vielfach für industrielle Zwecke zum Einsatz gekommen sind und in entsprechender, einwandfreier Qualität verfügbar sind.A significant advantage of the arrangement according to the invention is the filling of the adsorber element with commercially available zeolites, which have already been used many times for industrial purposes and are available in appropriate, flawless quality.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird mit Hilfe der einzigen Figur erläutert, die eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zeigt.An embodiment of the invention is explained with the aid of the single figure, which shows a schematic representation of an arrangement according to the invention.

Eine erfindungsgemäße Anordnung kann mit ihrer Eingangsseite direkt mit einem Anästhesiegerät zum Abzug eines exhalierten Atemgasgemisches vebunden werden.An arrangement according to the invention can be connected with its input side directly to an anaesthetic device for extracting an exhaled respiratory gas mixture.

Üblicherweise enthält ein exhaliertes Atemgasgemisch eines narkotisierten Patienten Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid, volatile Anästhetika, Wasserdampf, Methan und gegebenenfalls Xenon als neues Anästhesiemittel. Darüber hinaus sind noch kleinere Mengen Aceton, Alkohol und weitere Bestandteile der Umgebungsluft in Atemgasgemischen nachweisbar.An exhaled breathing gas mixture from an anesthetized patient usually contains oxygen, nitrogen, carbon dioxide, volatile anesthetics, water vapor, methane and, if necessary, xenon as a new anesthetic agent. In addition, small amounts of acetone, alcohol and other components of the ambient air can be detected in breathing gas mixtures.

Eine Abtrennung der genannten Bestandteile außer Sauerstoff, Stickstoff und Xenon ist ohne weiteres mit zur Verfugung stehenden technischen Mitteln, wie insbesondere Wasserabscheider, Atemkalk, Aktivkohle, Silicagele und selektive Filter möglich, so daß diese Mittel nicht in der Figur dargestellt sind, jedoch für den Fachmann ohne prinzipielle Probleme einsetzbar sind und bei Verwendung der dargestellten Anordnung eingesetzt werden, um insbesondere nachteilige Wirkungen auf die Zeolithe zu vermeiden.Separation of the above-mentioned components, apart from oxygen, nitrogen and xenon, is easily possible using available technical means, such as water separators, soda lime, activated carbon, silica gels and selective filters, so that these means are not shown in the figure, but can be used by the person skilled in the art without any fundamental problems and are used when using the arrangement shown, in particular to avoid adverse effects on the zeolites.

Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht eine selektive Speicherung von Xenon, so daß Sauerstoff und Stickstoff das bzw. die Adsorberelemente 6, 7, 8 im wesentlichen ohne Beeinflussung passieren und fortgeleitet werden. Durch anschließende Desorption mittels einer nicht dargestellten Desorptionspumpe, vorzugsweise einer kontinuierlich fördernden Drehschieberpumpe, läßt sich das Xenon desorbieren und entweder in die Eingangsseite eines Anästhesiegerätes, in ein Speichervolumen oder direkt in eine weitere Aufbereitungseinheit für Xenon leiten. Über die Gasleitung 5 wird mit Hilfe der Pumpe 3 das Gasgemisch aus den Hauptbestandteilen Xenon, Sauerstoff und Stickstoff vom Anästhesiegerät 1 in ein oder mehrere parallel und/oder in Serie geschaltete Adsorberelemente 6, 7, 8 gefördert. Dazu ist bevorzugt eine Entkopplungsstufe 2 zwischen Anästhesie-The arrangement according to the invention enables selective storage of xenon, so that oxygen and nitrogen pass through the adsorber element(s) 6, 7, 8 and are transported away essentially without being influenced. The xenon can be desorbed by subsequent desorption using a desorption pump (not shown), preferably a continuously conveying rotary vane pump, and can be fed either into the inlet side of an anesthesia machine, into a storage volume or directly into another processing unit for xenon. The gas mixture of the main components xenon, oxygen and nitrogen is fed from the anesthesia machine 1 via the gas line 5 with the aid of the pump 3 into one or more adsorber elements 6, 7, 8 connected in parallel and/or in series. For this purpose, a decoupling stage 2 is preferably provided between the anesthesia machine and the adsorber element(s) 6, 7, 8.

gerät 1 und Pumpe 3 zur Aufrechterhaltung der geforderten Druckwerte am Anästhesiegeräteausgang vorgesehen.device 1 and pump 3 are intended to maintain the required pressure values at the anaesthetic device outlet.

Der Druck wird am Ausgang der Pumpe 3 mit dem Druckmesser 4 gemessen. Der Druckmesser 4 liefert ein Ausgangssignal, das einer Meß- und Steuereinheit 11 zugeführt wird. Sie steuert entsprechend den gemessenen Druckwerten das ausgangsseitig verstellbare Drosselelement 10. Das Gasgemisch, das die erfindungsgemäße Anordnung verläßt, wird zur Gasfortleitung 12 geführt.The pressure is measured at the outlet of the pump 3 with the pressure gauge 4. The pressure gauge 4 provides an output signal that is fed to a measuring and control unit 11. It controls the throttle element 10, which is adjustable on the outlet side, according to the measured pressure values. The gas mixture that leaves the arrangement according to the invention is led to the gas discharge line 12.

Jedes Adsorberelement 6, 7, 8 besteht aus einem bzw. mehreren Behältern, die einem Außenüberdruck von etwa 100 kPa und einem Innenüberdruck in der Größe des Druckaufbaus durch die Pumpe 3 standhalten, und entsprechende Ein- und Austrittsöffnungen für den Gaszu- und Gasabstrom aufweisen.Each adsorber element 6, 7, 8 consists of one or more containers which can withstand an external overpressure of approximately 100 kPa and an internal overpressure equal to the pressure build-up by the pump 3, and have corresponding inlet and outlet openings for the gas inflow and gas outflow.

In jedem Adsorberelement 6, 7, 8 befinden sich spezielle Zeolithe als Molekularsiebmaterial, die weiter unten spezifiziert werden. Es besteht die Möglichkeit, mehrere Adsorberelemente 6, 7, 8 parallel oder hintereinander anzuordnen. Die Parallelschaltung führt zu einer Kapazitätserhöhung (adsorbiertes Gasvolumen) des Speichers für das zu speichernde Xenon, die Reihenschaltung zu einem höheren Wirkungsgrad, das heißt zu einer weitgehenden Retention des Xenons aus dem Atemgasgemisch. Als Zeolith wird entweder ein Material vom Typ X, Strukturgruppe FAU (Faujasite), mit einer Porengröße von etwa 0,74 nm, Hersteller UOP GmbH, Erkrath, Herstellerbezeichnung: VSA 6 8x12, oder vom Typ ZSM-5, Strukturgruppe MFI, mit einer Porengröße von etwa 0,51 bis 0,57 nm, Hersteller Degussa AG, Herstellerbezeichnung: DAZ F 20, oder schließlich vom Typ A, Strukturgruppe LTA, mit einer Porengröße von etwa 0,41 nm, Hersteller UOP GmbH, Erkrath, Herstellerbezeichnung: Oxysiv 5, verwendet. Zur Erkennung und Signalisierung der Sättigung der Adsorberelemente 6, 7, 8 ist ein Xenon-Analysator 9 in der Anordnung geschaltet. Insbesondere ist der Xenon-Analysator 9 ein Massenspektrometer, so daß der Gasstrom an der Meßstelle quantitativ analysiert und die Meßdaten mittels der Meß- und Steuereinheit 11Each adsorber element 6, 7, 8 contains special zeolites as molecular sieve material, which are specified below. It is possible to arrange several adsorber elements 6, 7, 8 in parallel or one after the other. The parallel connection leads to an increase in capacity (adsorbed gas volume) of the storage for the xenon to be stored, the series connection leads to a higher efficiency, i.e. to extensive retention of the xenon from the breathing gas mixture. The zeolite used is either a material of type X, structure group FAU (faujasite), with a pore size of about 0.74 nm, manufacturer UOP GmbH, Erkrath, manufacturer name: VSA 6 8x12, or of type ZSM-5, structure group MFI, with a pore size of about 0.51 to 0.57 nm, manufacturer Degussa AG, manufacturer name: DAZ F 20, or finally of type A, structure group LTA, with a pore size of about 0.41 nm, manufacturer UOP GmbH, Erkrath, manufacturer name: Oxysiv 5. To detect and signal the saturation of the adsorber elements 6, 7, 8, a xenon analyzer 9 is connected in the arrangement. In particular, the xenon analyzer 9 is a mass spectrometer, so that the gas flow at the measuring point is quantitatively analyzed and the measurement data is processed by means of the measuring and control unit 11.

ausgewertet und angezeigt werden können. Die Reinheit des mittels Desorption aus der Anordnung zurückgewonnenen Gases war mindestens 95 Vol. % Xenon bei weniger als 1 Vol. % Stickstoff.can be evaluated and displayed. The purity of the gas recovered from the arrangement by desorption was at least 95 vol. % xenon and less than 1 vol. % nitrogen.

Ausgangsseitig führt die Gasfortleitung 12 entweder zu einem Speichervolumen, zu einer weiteren Rückgewinnungsanlage für Xenon oder zu einem Gasaustritt in die Umgebungsatmosphäre.On the output side, the gas scavenging line 12 leads either to a storage volume, to another recovery system for xenon or to a gas outlet into the ambient atmosphere.

Claims (4)

SchutzansprücheProtection claims 1. Anordnung zur Adsorption von Xenon aus einem durch Zeolithe enthaltendes Adsorberelement strömendes Gasgemisch mit Stickstoff und Sauerstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeolithe vom Typ X, Strukturgruppe FAU (Faujasite), mit einer Porengröße von etwa 0,74 nm, vom Typ ZSM-5, Strukturgruppe MFI, mit einer Porengröße von etwa 0,51 bis 0,57 nm oder vom Typ A, Strukturgruppe LTA, mit einer Porengröße von etwa 0,41 nm sind.1. Arrangement for adsorbing xenon from a gas mixture with nitrogen and oxygen flowing through an adsorber element containing zeolites, characterized in that the zeolites are of type X, structural group FAU (faujasite), with a pore size of about 0.74 nm, of type ZSM-5, structural group MFI, with a pore size of about 0.51 to 0.57 nm or of type A, structural group LTA, with a pore size of about 0.41 nm. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere parallel und/oder in Reihe geschaltete Adsorberelemente (6, 7, 8) mit einer in Gasströmungsrichtung vorgeschalteten Pumpe (3) und mit einem vorgeschalteten Druckmesser (4) sowie mit einem in Gasströmungsrichtung nachgeschalteten Xenon-Analysator (9) und mit einem nachgeschalteten, mittels einer Meß- und Steuereinheit (11) einstellbaren Drosselelement (10)2. Arrangement according to claim 1, characterized in that one or more adsorber elements (6, 7, 8) connected in parallel and/or in series are connected to a pump (3) connected upstream in the gas flow direction and to an upstream pressure gauge (4) as well as to a xenon analyzer (9) connected downstream in the gas flow direction and to a downstream throttle element (10) adjustable by means of a measuring and control unit (11). ■ über Gasleitungen (5) verbunden sind, wobei der Druckmesser (4) und der Xenon-Analysator (9) ausgangsseitig mit der Meß- und Steuereinheit (11) elektrisch verbunden sind.■ are connected via gas lines (5), whereby the pressure gauge (4) and the xenon analyzer (9) are electrically connected on the output side to the measuring and control unit (11). 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie über Gasleitungen (5) eingangsseitig und/oder ausgangsseitig Gasströmungsverbindung zu einem Anästhesiegerät (1) aufweist.3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that it has a gas flow connection to an anesthesia device (1) via gas lines (5) on the inlet side and/or the outlet side. 4. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ausgangsseitig eine Gasfortleitung (12) zu einem Speichervolumen oder ein Gasaustritt an die Umgebungsatmosphäre vorhanden ist.4. Arrangement according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that on the output side there is a gas discharge line (12) to a storage volume or a gas outlet to the ambient atmosphere.
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