DE3150688A1

DE3150688A1 - Verfahren und vorrichtung zum auftrennen eines gasgemisches, wie luft, durch adsorption

Info

Publication number: DE3150688A1
Application number: DE19813150688
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Amitani; Jun Izumi; Masayoshi Kubo; Kenichi Maehara; Hiroyuki Nagasaki Nagasaki Tsutaya
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1980-12-26
Filing date: 1981-12-21
Publication date: 1982-07-08
Also published as: FR2497120B1; FR2497120A1; KR830008536A; KR860000190B1; GB2090161B; GB2090161A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Auftrennen eines Gasgemisches, wie Luft, durch Adsorption.
Das Zusammensetzungsverhältnis von gasförmigem N2 und gasförmigem 02 in der Luft beträgt bekanntlich etwa 4:1, und das Partialdruckverhältnis dieser Bestandteile beträgt ebenfalls etwa 4:1. Die von einem Adsorbens bzw. Adsorptionsmittel adsorbierte Gasmenge variiert proportional zu diesen Partialdrücken der Gase. Wenn beispielsweise ein Adsorbens gasförmiges 02 aus der Luft unter einem Luftdruck von 5 ata (bar absolut) adsorbiert, beträgt der °2-Gaspartialdruck etwa 1 ata. Wird dieser Luftdruck von 5 ata auf 1 ata verringert, so erniedrigt sich der °2-Partialdruck auf etwa 0,2 ata, wobei der größte Teil des vom Adsorbens adsorbierten gasförmigen °2 desorbiert wird.
Bei einer Adsorptions-Auftrennvorrichtung praktisch einsetzbarer Größe wird bei einfacher Luftdrucksenkung auf 1 ata das vom Adsorbens adsorbierte gasförmige 02 nicht desorbiert. Der Grund dafür liegt hierin, daß bei einer Luftdrucksenkung in der Adsorptionssäule auf 1 ata das gasförmige 02 vom Adsorbens desorbiert-wird, so daß dabei der 02-Partialdruck um den Adsorbens herum hoch wird, wobei sich jedoch der 02-Partialdruck um den Adsorbens herum nicht verringert, weil die Strömungsmenge der die Adsorptionssäule durchsrömenden Luft zu niedricj ist und daher das gasförmige 02 um den Adsorbens herum verweilt, so daß die Desorption des gasförmigen 02 nicht stattfindet und letzteres am Adsorbens desorbiert bleibt.
Eine bisherige Ausführungsform einer Adsorptions-Auftrennvorrichtung für Luft, mit welcher das genannte Problem gelöst werden kann, ist im folgenden anhand von Fig. 1 erläutert. Dabei wird unbehandelte (raw) Luft über eine Hauptspeiseleitung a zu einem Luftkompressor bzw Luftpresser b geleitet, der mit einem Nachkühler, einem Wasserabscheider (drain separator) und dgl. zum Kühlen und Entfeuchten der verdichteten Luft, die normalerweise hohe Temperatur besitzt, und erforderlichenfalls auch mit einem (Tief-)Kühlgerät o.dgl. versehen sein kann Im Anschluß an den Kompressor b teilt sich die Hauptspeiseleitung a in zwei Zweigleitungen c1, c2 auf. Restgas-Austragleitungen di, ei und d2, e2 sind mit Speiseleitungen cl bzw. c2 parallelgeschaltet, und in die betreffenden Leitungen ci, d1, ei, c2, d2 und e2 sind Ventile fi bis f6 eingeschaltet. Ein Hauptaustragleitungsteil g kommuniziert mit den Austragleitungen dl und d2 und ist an eine Vakuumpumpe h angeschlossen, von welcher ein Hauptaustragleitungsteil i abgehl. Ebenso kommuniziert ein 1iaupLausLrateiLungstel L j somit de Aust raileitungen ei und e2. Für die Leitungen c1, d1 und el ist ein gemeinsames Sammelrohr k vorgesehen, während ein gemeinsames Sammelrohr 1 für die Leitungen c2, d2 und e2 vorgesehen ist. Die Sammelrohre sind an zugeordnete Adsorptionssäulen m bzw. n angeschlossen, die jeweils mit einem Adsorbens bzw. Adsorptionsmittel ml bzw. nl gefüllt sind. Mit Ventilen q und r versehene N2-Gas-Abführleitungen o bzw. p verlaufen von der jeweiligen Adsorptionssäule m bzw. n zu einem gemeinsamen Abführleitungsteil s, der zu einem Behälter t führt, an den eine Hauptabführleitung u angeschlossen ist. Die Säulen m und n sind so angeordnet, daß in ihnen abwechselnd ein Adsorptions- und ein DesorpLionsvorC;ang stattfinden.
Wenn beispielsweise in der Adsorptionssäule m ein Adsorptionsvorgang eingeleitet wird, sind die Ventile fl, q offen und die Ventile f2, f3 geschlossen. Hierbei wird unbehandelte Druckluft vom Kompressor b über die Hauptspeise- leitung a, die Speiseleitung cl, das Ventil fl und das Sammelrohr k zur Adsorptionssäule m geleitet. Beim Durchströmen der Luft durch die Adsorptionssäule m wird das gasförmige 02 der Luft (als adsorptionsfähiger Gasbestandteil) gegen den Adsorbens ml adsorbiert, während gasförmiges N2 (nicht adsorptionsfähiger Gasbestandteil) kondensiert und über die Abführleitung o, das Ventil q sowie den Abführleitungsteil s zum Behälter t geleitet und weiterhin über die Hauptabführleitung u als Erzeugnis aus der Anlage abgeführt wird. Wenn in der Adsorptionssäule m der beschriebene Adsorptionsvorgang stattfindet, erfolgt in der anderen Adsorptionssäule n ein Desorptionsvorgang, wobei das Ventil f6 offen ist und die Ventile f4, f5 und r geschlossen sind. Die um den Adsorbens nl herum befindliche Restluft wird dabei über das Sammelrohr 1, das Ventil f6, die Austragleitung e2 und den Austragleitungsteil j aus der Anlage abgeführt. Anschließend werden das Ventil f6 geschlossen und das Ventil f5 geöffnet. Infolgedessen wird um den Adsorbens nl herum befindliche Restluft abgesaugt und über das Sammelrohr 1, das Ventil f5, die Austragleitung d2, den Austragleitungsteil g, die Vakuumpumpe h und den Austragleitungsteil i aus der Anlage abgeführt, so daß der Druck in der Adsorptionssäule n auf den Partialdruck des gasförmigen 2 bei bzw.nach der Adsorption gesenkt und damit das am Adsorbens nl angelagerte gasförmige 02 desorbiert wird, so daß der Adsorbens nl wieder aktiviert wird.
Obgleich mit der beschriebenen Adsorptions-Auftrennvorrichtung das vorher genannte Problem gelöst werden kann, ist diese Vorrichtung mit dem Nachteil verbunden, daß ein unter Druck stehendes Gas mit hoher 02-Konzentration über die Hauptaustragleitungsteile j und i aus der Anlage ausgetragen bzw. abgeführt wird, ohne genutzt zu werden.
Für die wirksame Nutzung dieses Druckgases sind bereits verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden; ein Beispiel für ein solches Verfahren ist in Fig 2 veranschaulicht.
Bei der Adsorptions-Auftrennvorrichtung gemäß Fig. 2 wird ein Teil des gasförmigen N2, das während eines Adsorptionsvorgangs abgetrennt und kondensiert worden ist, über ein Strömungsmengen-Regelventil w in eine Adsorptlonssäule eingeleitet, in welcher der Druckminderungsschritt abgeschlossen ist, so daß durch Senkung des Partialdrucks der restlichen Luft im Bereich eines Adsorbens das von diesem adsorbierte gasförmige 02 desorbiert und dann ausgespült und zur Austragleitung g abgeführt wird. Obgleich hierbei auf eine Vakuumpumpe verzichtet werden kann, wird ein Teil des aufwendig abgetrennten und kondensierten gasförmigen N2 beim Desorptionsvorgang in der Adsorptionssäule verbraucht. Da weiterhin das über die Austragleitung g ausströmende Gas nicht genutzt wird, ergibt sich im Fall der Abziehung von gasförmigem N2 als Produktgas das Problem daß sich die Kosten für die Verfahrensführung erhöhen.
Im Hinblick auf dieses Problem besteht die Aufgabe der Erfindung insbesondere in der Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Auftrennen eines Gasgemisches durch Adsorption, wobei ein Adsorptionsvorgang mit Zufuhr von unbehandeltem Gas in eine mit einem Adsorbens gefüllte Adsorptionssäule zwecks Anlagerung eines adsorptionsfähigen Gasbestandteils am Adsorbens und Abziehung eines nicht adsorbierten Gasbestandteils aus der Adsorptionssäule sowie ein Desorptionsvorgang mit Reduzierung des Drucks in der Adsorptionssäule, um den Adsorbens den von ihm adsorbierten Gasbestandteil desorbieren zu lassen und diesen Gasbestandteil zu gewinnen, in der angegebenen Reihenfolge in mehreren Adsorptionssäulen in zueinander gesta£21tem Takt wiederholt durchgeführt werden.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Maßnahmen und Merkmalen.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 und 2 Blockschaltbilder zweier bisheriger Adsorptions-Auftrennvorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens zum Auftrennen von Luft durch Adsorption und Fig. 3 bis 7 Blockschaltbilder verschiedener Ausführungsformen von Adsorptions-Auftrennvorrichtungen gemäß der Erfindung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Adsorptions-Auftrennverfahrens.
Fig. 1 und 2 sind eingangs bereits erläutert worden.
Gemäß Fig. 3 weist eine erste Ausführungsform einer Adsorp-Lions-Auftrennvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Hauptspeiseleitung 1 für unbehandelte Luft, einen Kompressor bzw. Luftpresser 2, der mit einem Nachkühler versehen ist, zum Verdichten und Fördern der unbehandelten Luft, einen Feuchtigkeits- bzw.Wasserabscheider usw. zum Kühlen und Entfeuchten der verdichteten, hohe Temperatur besitzenden Luft sowie erforderlichenfalls ein (Tief-)Kühlgerät o.dgl. auf. Von der Hauptspeiseleitung 1 zweigen Speiseleitungen 3a, 3b und 3c für unbehandelte Luft ab. Leitungen 4a, 4b und 4c für Restgas (cavity gas) sind neben den Speiseleitungen 3a bis 3c angeordnet bzw. zu diesen parallelgeschaltet. Entsprechende Gas-Austragleitungen 5a, 5b und 5c sind zu den Gas-Austragleitungen 4a bis 4c parallelgeschaltet, während weitere Gas- Austragleitungen 6ap 6b und 6c mit den Gas-Austragleitungen 5a, 5b bzw. 5c parallelgeschaltet sind Eine gemeinsame bzw. Sammel-Gasaustragleitung 7 ist an die genannten Austragleitungen 4a bis 4c angeschlossen, während eine Gas-Hauptaustragleitung 8 mit den Austragleitungen 5a bis 5c verbunden ist Die Austragleitung 8 ist mit einem Druckregelventil 9, einem Beruhigungsbehälter 10 und einem Ventil 11 in Reihe geschaltet und mit einer Restgas-Hauptaustragleitung 12 verbunden, die mit den genannten Austragleitungen 6a bis 6c kommuniziert. Weiterhin sind Ventile 13a und 13b in eine das Ventil 11 überbrückende Leitung eingeschaltet, in welche auch ein Kompressor 14 eing(?scha1.-tet ist. In den jeweiligen Leitungen 3a, 4a, 5a, fa, 3b, 4b, 5b, 6b, 3c, 4c, 5c und 6c sind Ventile 15a bis 151 angeordnet. Für die einzelnen Leitungen 3a bis 6a und 3b bis 6b sowie 3c bis 6c ist jeweils ein gemeinsames Sammelrohr 16, 17 bzw. 18 vorgesehen. Drei Adsorptionssäulen 19, 20 und 21 sind jeweils mit einem Adsorbens 19a, 20a bzw. 21a gefüllt. N2-Gas-Abführleitungen 25a, 25b und 25c sind zu zugeordneten N2-Abführleitungen 26a, 26b bzw. 26c parallelgeschaltet. Zu den Abführleitungen 26a bis 26c sind Restgas-Austragleitungen 28a, 28b bzw. 28c parallelgeschaltet, die mit der genannten Gas-Hauptaustragleitung 12 in Verbindung stehen. Außerdem sind für die Leitungen 25a, 26a und 28a bzw. 2'5b, 26b und 28b bzw. 25c, 26c und 28c jeweils ein Sammelrohr 22, 23 bzw. 24 vorgesehen. In die Leitungen 25a, 26a, 28a, 25b, 26b, 28b, 25c, 26c und 28c sind jeweils Ventile 29a bis 291 eingeschaltet. Eine gemeinsame N2-Gas-Abführleitung 30 steht mit den genannten Abführleitungen 25a, 25b und 25c in Verbindung und ist an einen Beruhigungsbehälter 31 angeschlossen, mit dem eine N2-Hauptabführleitung 32 verbunden ist. Eine gemeinsame N2-Äbführleitung 33 ist an die genannten Abführleitungen 26a bis 26c angeschlossen und außerdem mit einem Beruhigungsbehälter 34 verbunden, an den eine N2-Hauptabführleitung 35 angeschlossen ist. Die gemeinsame Restgas-Austragleitung 7 ist mit einer Vakuumpumpe 36 verbunden, an welche (auch) eine Restgas-Hauptaustragleitung 37 angeschlossen ist. obq [E? ici offensichtlich eine automatische Steuer- bzw. Regelvorrichtung für die Betätigung der einzelnen Ventile in der Vorrichtung vorgesehen sein kann, ist sie im Blockschaltbild gemäß Fig. 3 nicht dargestellt. Außerdem können anstelle von drei Adsorptionssäulen auch vier oder mehr Adsorptionssäulen vorgesehen sein.
Im Betrieb der beschriebenen Vorrichtung führen die drei Adsorptionssäulen 19, 20 und 21 folgende Funktionen durch: 1. einen Hochdruck-Adsorptionsvorgang, 2. einen primären sowie einen sekundären Drucksenkungsvorgang und einen Desorptionsvorgang und 3. einen Niederdruck-Druckerhöhungsvorgang, einen Niederdruck-Adsorptionsvorgang sowie einen Hochdruck-Druckerhöhungsvorgang, wobei diese Vorgänge wiederholt in der Reihenfolge l.-2.-3.
und in gestaffeltem bzw. zueinander versetztem Takt stattfinden.
Falls nun in der Adsorptionssäule 19 der erste Vorgang bzw.
Verfahrensschritt eingeleitet ist, sind nur die Ventile 15a und 29a offen. Infolgedessen wird die durch den Kompressor 2 verdichtete r unbehandelte Luft über die Hauptspeiseleitung 1, die Speiseleitung 3a, das Ventil 15a und das Sammelrohr 16 zur Adsorptionssäule 19 geleitet. Beim Durchströmen der Adsorptionssäule 19 wird das gasförmige 02 (als adsorbierbarer Gasbestandteil) der unbehandelten Luft durch den Adsorbens 19a adsorbiert, während gasförmiges N2 (nicht adsorbierter Gasbestandteil) kondensiert und über das Sammelrohr 22, die Abführleitung 25a, das Ventil 29a und die gemeinsame bzw. Sammel-Abführleitung 30 zum Beruhigungsbehälter 31 abgeführt und sodann über die Hauptabführleitung 32 als Produktgas aus der Anlage abgezogen wird.
Während in der Adsorptionssäule 19 der erste Vorgang bzw.
Verfahrensschritt stattfindet, wird in der Adsorptions- säule 21 der zweite Vorgang bzw. Verfahrensschritt eingeleitet, wobei die Ventile 151, 291 und 11 offen und die Ventile 15i, 15j, 15k, 29i, 29j sowie 13a, 13b geschlossen sind. Infolgedessen findet in der Adsorptionssäule 21 der primäre (erste) Drucksenkungsvorgang als Abschluß des ersten Verfahrensschritts statt. Bei diesem Vorgang wird ein Restgas (cavity gas) mit vergleichsweise hohem Druck, das um den Adsorbens 21a herum vorhanden ist, über das Sammelrohr 18, das Ventil 151 und die Austragleitung 6c zur Hauptaustragleitung 12 und außerdem über das Sammelrohr 24, die Austragleitung 28c und das Ventil 291 zur Hauptaustragleitung 12 und weiterhin von letzterer über das Ventil 11 zum Behälter 10 geleitet. Wenn sich die Innendrücke von Adsorptionssäule 21 und Beruhigungsbehälter 10 einander nahezu angeglichen haben, schließt das Ventil 11, während die Ventile 13a und 13b öffnen, um den sekundären (zweiten) Drucksenkungsvorgang einzuleiten. Hierbei wird der Druck des von der Adsorptionssäulen 21 zur Hauptaustragleitung 12 geleiteten Gases durch den Kompressor 14 auf den Innendruck des Beruhigungsbehälters 10 erhöht, worauf das Gas in den Beruhigungsbehälter 10 eingeführt wird. Wenn sich der Innendruck der Adsorptionssäule 21 nahezu dem Partialdruck des gasförmigen 02 in der der Adsorptionssäule 19 zugeführten unbehandelten Luft angeglichen hat, werden die Ventile 151, 291, 11, 13a und 13b geschlossen, worauf die Reihe der Drucksenkungsschritte abgeschlossen ist.
Anschließend wird durch öffnen des Ventils 15j die Adsorptionssäule 21 auf den Desorptionsvorgang umgeschaltext. Es ist darauf hinzuweisen, daß der genannte Umschaltdruck in Abhängigkeit von der Konzentration des beim Desorptionsvorgang gelieferten bzw. abgeführten qasförmigen 02 variiert werden kann. Wenn das Ventil 15j an der Adsorptionssäule 21 offen ist, wird aus letzterer das betreffende Gas abgesaugt und über das Sammelrohr 18, das Ventil 15j, die Austragleitung 4c, die gemeinsame Austragleitung 7 und die Vakuumpumpe 36 ausgetragen, so daß der 0 2-Partialdruck des betreffenden Gases im Bereich des Adsorbens 21a gesenkt und infolgedessen das von letzterem adsorbierte gasförmige 02 desorbiert (freigegeben) wird, worauf dieses desorbierte Gas zur Hauptaustragleitung 37 ausgespült und gewonnen wird.
Wenn der Innendruck der Adsorptionssäule 21 auf einen vorbestimmten Wert gesenkt worden ist, wird das Ventil 15j geschlossen, worauf der Desorptionsvorgang beendet ist. Wenn die Adsorptionssäule 19 auf den ersten Uerfahrensschritt übergeht, wird in der Adsorptionssäule 20 der dritte Verfahrensschritt eingeleitet, wobei nur das Ventil 29f offen ist. Hierbei wird das Niederdruck-N2-Gas aus dem Beruhigungsbehälter 34 über die Hauptabführleitung 33r das Ventil 29f, die Abführleitung 26b und das Sammelrohr 23 in die Adsorptionssäule 20 eingeführt, in welcher der Desorptions-Vorgang beendet worden ist und in welcher sodann ein Niederdruck-Druckerhöhungsvorgang eingeleitet wird. Wenn die Innendrücke von Beruhigungsbehälter 34 und Adsorptionssäule 20 einander nahezu angeglichen haben, öffnet das Ventil 15e zur Einleitung des Niederdruck-Adsorptionsvorgangs. Bei diesem Vorgang wird das während der Drucksenkungsschritte im Beruhigungsbehälter 10 gespeicherte Restgas über das Strömungsmengen-Regelventil 9, die Hauptaustragleitung 8, die Austragleitung 5b, das Ventil 15g und das Sammelrohr 17 in die Adsorptionssäule 20 eingeführt, wobei der 02-Anteil dieses Gases am Adsorbens 20a adsorbiert wird, während das kondensierte und abgetrennte gasförmige N2 über das Sammelrohr 23, die Abführleitung 26b, das Ventil 29f und die Hauptabführleitung 33 zum Beruhigungsbehälter 34 geleitet wird. Unter Überwachung und Bestimmung des Augenblicks, zu dem die 02-Konzentration in diesem Gas anzusteigen beginnt, werden die Ventile 15g und 29f geschlossen, um den Niederdruck-Adsorptionsvorgang zu beenden. Es ist zu beachten, daß der Niederdruck-Druckerhöhungsvorgang und der Niederdruck-Adsorptionsvorgang durch gleichzeitiges Öffnen der Ventile 15g und 29f zu einem einzigen Vorrang bzw. Verfahrenssclaritt kombtniert werden könnten. In Abhängigkeit von der 02-aonzt?ntration des vom Beruhigungsbehälter 34 gelieferten gasförmigen N2 niedrigen Drucks kann auch eine Abwandlung in der Weise vorgenommen werden, daß anstelle des Ventils 29f das Ventil 15g geöffnet wird, um den Niederdruck-Druckerhöhungsvorgang durch Zufuhr des Restgases zur Adsorptionssäule 20 durchzuführen. Wenn in der Säule 20 der Niederdruck-Adsorptionsvorgang abgeschlossen ist, wird das Ventil 29e geöffnet, wodurch das gasförmige N2 hohen Drucks aus dem Beruhigungsbehälter 31 über die gemeinsame bzw. Sammel-Abführleitung 30, das Ventil 29e, die Abführleitung 25b und das Sammelrohr 23 in die Adsorptionssäule 20 eingeführt wird, um clcl ochdruck-Druckorllihlln(Jsvol~-gang durchzuführen; wenn sich die Innendrücke des Beruhigungsbehälters 31 und der Säule 20 einander nahezu angeglichen haben, wird das Ventil 29e zur Beendigung des Hochdruck-Druckerhöhungsvorgangs geschlossen. Es ist darauf hinzuweisen, daß das Ventil 29e in Vorbereitung auf den anschließenden Hochdruck-Adsorptionsvorgang auch offen bleiben kann. Da das im Beruhigungsbehälter 10 gespeicherte Restgas (cavity gas) beim Niederdruck-Adsorptionsvorgang verbraucht und dieses Gas beim sekundären Drucksenkungsvorgang ergänzt wird, muß der Beruhigungsbehälter 10 zur Gewährleistung dieser Aufgaben ein ausreichend großes Volumen besitzen. In Abhängigkeit von der Oa-Konzentration des vom Beruhigungsbehälter 31 zugeführt ten gasförmigen N2 hohen Drucks kann auch eine Abwandlung in der Weise vorgenommen werden, daß während des Hochdruck-Druckerhöhungsvorgangs anstelle des Ventils 29e das Ventil 15e geöffnet und die unbehandelte Luft in die Säule 20 eingeführt und auf diese Weise der Hochdruck-Druckerhöhungsvorgang durchgeführt wird. Weiterhin ist eine Abwandlung in der Weise möglich, daß hach Beendigung des Niederdruck-Druckerhöhungsvorgangs die Säule 20 auf den Hochdruck-Adsorptionsvorgang übergeht und die Ventile 15e und 29e gleichzeitig geöffnet werden, um den Hochdruck-Drucker- höhungsvorgang und den Hochdruck-Adsorptionsschritt gleichzeitig durchzuführen (die vorstehende Arbeitsweise entspricht einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel).
Bei dieser beschriebenen Ausführungsform wird der Innendruck der Adsorptionssäule 21 mittels der Vakuumpumpe 36 gesenkt, um das Desorbieren des gasförmigen 02 vom Adsorbens 21a zu erreichen. Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsforin der Erfindung werden dagegen beim Desorptionsschritt die Ventile 15j und 29k geöffnet, um das Niederdruck-N2-Gas aus dem Beruhigungsbehälter 34 über ein Strömungsmengen-Regelventil 39, die Hauptabführleitung 38, das Ventil 29k, die Abführleitung 27c und das Sammelrohr 24 in die Säule 21 einzuführen und den in dieser herrschenden Partialdruck des gasförmigen 02 zu senken und dabei das Desorbieren des gasförmigen 2 vom Adsorbens 21a herbeizuführen; das desorbierte Gas wird andererseits über das Sammelrohr 18, das Ventil 15j, die Abführleitung 4c und die gemeinsame bzw. Sammel-Abführleitung 7 nach außen abgeführt und dann gewonnen. Unter Beobachtung und Bestimmung des Zeitpunkts, zu welchem die 02-Konzentration dieses Gases zu sinken beginnt, werden weiterhin die Ventile 15j und 29k geschlossen, um den Desorptionsvorgang zu beenden. In jeder anderen Hinsicht entspricht die Ausführungsform gemäß Fig. 4 völlig derjenigen nach Fig. 3. Es ist darauf hinzuweisen, daß bei beiden beschriebenen Ausführungsformen der Beruhigungsbehälter 10 ohne Nachteil weggelassen werden kann. Je nach den Bedingungen der das gasförmige N2 verbrauchenden Anlage können weiterhin auch die Beruhigungsbehälter 31 und 34 gegebenenfalls ohne Nachteil weggelassen werden.
In den folgenden Tabellen 1 und 2 findet sich ein Vergleich zwischen den beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und den bisherigen Verfahren, wobei die Adsorptionssäulen gemäß Fig. 1 und 2 bzw. gemäß Fig. 3 und 4 jeweils mit 10 kg eines Adsorbens bzw. Adsorptionsmittels (Fe-K-Na-A) gefüllt waren. Es ist darauf hinzuweisen, daß aufgrund des speziellen verwendeten Adsorbens (Fe-K-Na-A) der adsorbierte Gasbestandteil Sauerstoff (02) und der nicht adsorbierte Gasbestandteil Stickstoff (N2) ist.

Anmerkung: (Bei dem "Restgas" (cavity gas) handelt es sich um das in den Poren des Adsorbens sowie in den Hohlräumen der Adsorptionssäulen zurückqehaltene Gas.) Tabelle 1

Erfindungsgemäßes Verfahren Bisheriges Verfahren

Fig. 3 Fig. 4 Fig. 1 Fig. 2

Testvorrichtung und -verfahren

1. Ausführungs- 2. Ausführungs- Evakuierende Spül-

form form Desorption Desorption

Druck ata 6 6 6 6

Zuführ- Stfömunsmenge Nm³/h 10 10 10 10

luft Temperatur °C 25 25 25 25

# Hochdruck ata 6 6 6 6

Abge- # Niederdruck ata 2,7 3 - -

führ-

tes

N2- # Hochdruck Nm³/h 5,3 5,3 4,9 4,5

Gas # Niederdruck Nm³/h 2,1 1,9 - -

# Gesamt Nm³/h 7,4 7,2 4,9 4,5

O2-Konzentration Vol.-% 1 oder darunter 1 oder darunter 1 oder da- 1 oder

runter darunter

Abge- Druck ata 1,2#0,2 1,2 1,2#0,2 1,2

führ- Strömungsmenge Nm³/h 2,6 2,8 1,4 1,7

tes O2-Konzetration Vol.-% 79 73 70 55

O2-Gas Strömungsmenge reines O2 Nm³/h 2,05 2,04 0,98 0,94

Sekundäre Restgas-Strömungsmenge Nm³/h 2,0 2,5 - -

Tabelle 2 Fig. 3 Fig. 4 Fig. 1 Fig. 2 Enthalpiedifferenz zwischen Kompressor (2) kcal/kg 50,1 50,1 50,1 50,1 Auslaß und Einlaß bei aida- Kompressor (14) kcal/kg 18,0 21,5 - -batischer Änderung Vakuumpumpe (36) kcal/kg 48,3 - 48,3 -Kompressor (2) kcal/kg 649/# 649/# 649/# 649/# Nötige Antriebsleistung Kompressor (14) kcal/kg 23/# 35/# - -Vakuumpumpe (36) kcal/kg 90/# - 48/# -Gesamt kcal/h 762/# 648/# 697/# 649/# Erforderliche Energie pro N2-Gas kcal/Nm³ 103/# 90/# 142/# 144/# produkt-Volumeneinheit reines O2 kcal/Nm³ 372/# 335/# 711/# 690/# N2-Gas + reines O2 kcal/Nm³ 81/# 74/# 119/# 119/# Wie sich aus Tabelle 1 ergibt, sind die Liefer- bzw. Abführströmungsmengen von gasförmigem N2 und °2 sowie die 02-Konzentration des abgeführten Gases im Vergleich zum bisherigen Verfahren erheblich verbessert.

Aus Tabelle 2 geht andererseits hervor, daß beim erfindungsgemäßen- Verfahren der Leistungs- bzw. Energiebedarf nur etwa 2/3 desjenigen beim bisherigen Verfahren beträgt.
Genauer gesagt: während der Kompressor 14 ein kleineres Druckgefälle zwischen Auslaß und Einlaß aufweist als der Kompressor 2 und die Vakuumpumpe 36 und sein Wirkungsgrad R höher sein muß, werden unter der Voraussetzung, daß die Wirkungsgrade jeweils gleich sind, und unter überschlägiger Berechnung der betreffenden Leistung anhand eines i-s-Diagramms für Luft die in Tabelle 2 angegebenen Ergebnisse erhalten. In diesem Fall sei vorausgesetzt, daß die Temperatur der über die Leitung 1 eingeführten, unbehandelten Luft 250C, der durch den Kompressor 2 bewirkte Druckanstieg 6,5 ata (bar absolut), die mittlere erforderliche Leistung für den Kompressor 14 und die Vakuumpumpe 36 die Hälfte der maximalen Leistung und der Liefer- bzw. Abführdruck des gasförmigen 02 1,2 ata betragen.
Bei der in Fig. 5 dargestellten dritten Ausführungsform der Erfindung sind den Bauteilen von Fig. 4 entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet, so daß im folgenden nur die gegenüber Fig. 4 unterschiedlichen Vorrichtungsteile erläutert werden sollen.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist der Kompressor 14 nach Fig. 4 in der Hauptaustragleitung 12 weggelassen, so daß das Ventil 13b überflüssig wird. Die Leitung 12 trägt in diesem Fall am auslaß 40 aus der Anlage aus.
In jeder anderen Hinsicht entsprechen die Teile von Fig.5 denen gemäß Fig. 4.
Im Betrieb läuft das Verfahren bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 auf dieselbe Weise ab wie bei der Ausführungsform nach Fig 4 nur mit dem Unterschied, daß bei Einleitung des ersten Verfahrensschritts in der Adsorptionssäule 19 und des zweiten Verfahrensschritts in der Säule 21 nur die Ventile 151 und 11 offen sind, während das Ventil 291, ebenso wie die Ventile 15i, 15j, 15k, 29i, 29j, 29k und 13a, geschlossen sind und das Ventil 13b weggelassen wurde. Bei diesem Vorgang strömt das mit dem Adsorbens 21a in Kontakt befindliche Gas unmittelbar von der Hauptaustragleitung 12 über das Ventil 11 zum Beruhigungsbehälter 10, und da das Ventil 13b weggefallen ist, braucht nur das Ventil 13a geöffnet und das Ventil 11 geschlossen zu werden, sobald die Drücke in der Säule 21 und dem Beruhigungsbehälter 10 ausgeglichen sind, um den sekundären Drucksenkungsschritt einzuleiten. Bei diesem Vorgang wird das Gas aus der Hauptaustragleitung 12 über den Auslaß 40 aus der Anlage ausgetragen. Wenn der Innendruck der Adsorptionssäule 21 nahezu dem 02-Partialdruck der der Säule 19 zugeführten Luft angeglichen ist, wird das Ventil 13a geschlossen, unddie Folge der Druckerniedrigungsschritte wird beendet. Anschließend geht das Verfahren auf den Desorptionsvorgang in der Säule 21 durch öffnen der Ventile 15j und 29k über. Zu Beginn oder während des sekundären Drucksenkungsschritts wird offensichtlich der nachfolgende Drucksenkungsschritt augenblicklich beendet, sobald der betreffende 02-Partialdruck erreicht worden ist. Die weiteren Verfahrensschritte entsprechen denen der zuerst beschriebenen Ausführungsform (Fig.3).
Durch Abwandlung dieses Verfahrens kann jedoch eine vierte Ausführungsform realisiert werden. Anstatt dabei das Restgas durch öffnen des Ventils 151 nur von einer Seite der Adsorptionssäule 21 abzuführen, kann nämlich dieses Gas durch gleichzeitiges öffnen der. Ventile 291 und 151 von beiden Seiten der Säule gleichzeitig abgeführt werden, während das Verfahren in jeder anderen Hinsicht unverändert bleibt. In weiterer Ausgestaltung dieses Verfahrens (fünfte Ausf.ührungsform) kann durch öffnen der Ventile 151 und 291 während der gesamten primären und sekundären Drucksenkungsvorgänge das Restgas von beiden Seiten der Säule 21 geliefert bzw. abgeführt werden.
In der folgenden Tabelle 3 findet sich ein Vergleich zwischen dem anhand von Fig. 5 beschriebenen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und den bisherigen Verfahren gemäß Fig. 1 und 2, wobei jeweils die Adsorptionssäulen mit 10 kg eines Adsorbens bzw. Adsorptionsmittels (Fe-K-Na-A) gefüllt sind. Aufgrund dieses speziellen Adsorbens wird Sauerstoff (02) adsorbiert und Stickstoff (N2) nicht adsorbiert.

Tabelle 3

bisheriges Verfahren erfindungsgemäßes verfahren

Fig. 1 Fig. 2 Fig. 5

Testvorrichtung und -verfahren Evakuierungs- Spül- 3. Ausfüh- 4. Ausfüh- 5. Aus-

Desorption Desorption rungsform rungsform führungs

form

Druck ata 6 6 6 6 6

Zuführ- Srtrömungsmenge Nm³/h 10 10 10 10 10

Temperatur °C 25 25 25 25 25

Hochdruck ata 6 6 6 6 6

Abge- Niederdruck ata - - 2,2 2,7 2,9

führtes Hochdruck Nm³/h 4,9 4,5 4,7 5,9 6,0

Niederdurck Nm³/h - - 1,2 0,3 0,1

N2-Gas Gesamt Nm³/h 4,9 4,5 5,9 6,2 6,1

O2-Konzentration Vol.-% 1 oder darunter 1 oder 1 oder 1 oder 1 oder

darunter darunter darunter darunter

Druck ata 1,2-0,2 1,2 1,2 1,2 1,2

Abge- Strömungsmenge Nm³/h 1,4 1,7 2,6 2,0 2,1

führtes O2-Konzentration Vol.-% 70 55 55 62 74

O2-Gas Strömmungsmenge reines O2 Nm3/h 0,98 0,94 1,43 1,24 1,55

Wie sich aus Tabelle 3 ergibt. sind unabhängig davon, daß nur der Kompressor 2, nicht aber die Vakuumpumpe vorgesehen und somit der Leistungsbedarf gesenkt ist, die Liefer- bzw. Abführströmungsmengen für gasförmiges N2 und 02 im Vergleich zu den bisherigen Verfahren erhöht, so daß die Herstellungskosten für das Gasprodukt entsprechend erniedrigt sind.

Wenn die Gas abfuhr von beiden Seiten der Adsorptionssäule während der gesamten Folge der Drucksenkungsschritte erfolgt, lassen sich eine größere Abführströmungsmenge an gasförmigem 02 und somit eine weitgehendere Senkung der Herstellungskosten alsdann erreichen, wenn diese Lieferung bzw. Abführung nur während des primären Drucksenkungsschritts erfolgt. Dies bedeutet, daß bei der Abführung oder Lieferung des (gewonnenen) Gases nur von einer Seite (der Zufuhrseite für unbehandelte Luft) der Adsorptionssäule während des dritten Drucksenkungsvorgangs die Abführströmungsmenge bei einem Wert zwischen den beiden obengenannten Werten liegt.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist die N2-Abführströmungsmenge, wie erwähnt, groß; hieraus kann geschlossen werden, daß die 02 -Konzentration des über die Austragleitungen 7 und 40 ausgetragenen Gases (ebenfalls) hoch ist. Bei der fünften Ausführungsform der Erfindung beträgt insbesondere die 02-Konzentration 74 %, so daß gasförmiges 0 zu niedrigeren Kosten erhalten werden kann.
Bei der in Fig. 6 dargestellten sechsten Ausführungsform der Erfindung sind wiederum die den Teilen von Fig. 3 entsprechenden Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet,. weshalb im folgenden nur die gegenüber Fig. 3 unterschiedlichen Vorrichtungsteile im einzelnen erläutert sind.
Bei dieser Ausführungsform ist der gemäß Fig. 3 vorgesehene Kompressor 14 nicht in der Hauptaustragleitung 12 vorhanden, so daß das Ventil 13b überflüssig wird. Außerdem ist auch der Beruhigungsbehälter 10 in der Gas-Hauptaustragleitung 8 weggelassen, so daß auch das Ventil 11 überflüssig ist. Die Leitung 12 trägt in diesem Fall am Auslaß 40 aus der Anlage aus.
In jeder anderen Hinsicht entspricht die Vorrichtung gemäß Fig. 6 derjenigen nach Fig. 3.
Der Verfahrensablauf bei der sechsten Ausführungsform entspricht demjenigen bei der Ausführungsform nach Fig.3, nur mit dem Unterschied, daß in diesem Fall infolge der Weglassung des Beruhigungsbehälters 10 Einschränkungen bezüglich der Zeitdauer der einzelnen Verfahrensschritte bestehen. Wenn in diesem Fall die Zeitdauer für den ersten Hochdruck-Adsorptionsvorgang T Minuten, für den primären Drucksenkungsteil des zweiten Vorgangs T1 Minuten, für den sekundären Drucksenkungsteil des zweiten Vorgangs T2 Minuten und für den Gas-Desorptionsteil des zweiten Vorgangs T3 Minuten beträgt muß die Summe aus T, T2 und T3 gleich groß oder kleiner sein als T Minuten. Wenn weiterhin die Zeitdauer für den Niederdruck-Adsorption;-teil und den Druckerhöhungsteil des dritten Vorgangs T1 bzw. Tg Minuten beträgt, muß die Summe aus T und T4 ebenfalls T Minuten entsprechen oder kleiner sein als T Minuten. Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 3 läuft das Verfahren mit dem ersten Schritt an, doch wenn die Säule 21 auf den zweiten Schritt übergeht, werden nur die Ventile 151 und 291 geöffnet. Infolgedessen wird in den Hohlräumen des Adsorptionsmittels 21a verbli.ebenes Restgas durch die Hauptaustragleitung 12 entweder über das Sammelrohr 18, das Ventil 151 und die Leitung 6c oder über das Sammelrohr 24, die Leitung 28c und das Ventil 291 nach Abschluß des Hochdruck-Adsorptionsvorgangs ausgetragen.
Bei diesem Übergang wird der Niederdruck-Adsorptionsschritt in der Säule 20 durchgeführt, so daß die Ventile 15g und 29f geöffnet werden und daher das unter niedrigem Druck stehende N2 über das Ventil 29f, die Leitung 26b und das Sammelrohr 23 zur Säule 20 strömt, während gleichzeitig das in der Hauptleitung 12 vorhandene Restgas über das Regelventil 9, die Leitungen 8 und 5b, das Ventil 15g sowie das Sammelrohr 17 zur Säule 20 geleitet wird. Wenn der Innendruck der Adsorptionssäule 20 den Niederdruck-Adsorptionsdruck erreicht hat, wird das im Restgas enthaltene 02 durch die Adsorbensfüllung 20a adsorbiert, während das kondensierte N2 über das Sammelrohr 23, die Leitung 26b, das Ventil 29f und die Hauptleitung 33 zum Beruhigungsbehälter 34 ausgetragen wird. Nach Ablauf einer Zeitspanne von T1 Minuten und Abschluß des vorangehenden Druckreduzierschritts in der Säule 20 sowie des Niederdruck-Adsorptionsschritts in der Säule 21 werden das Ventil 15g geschlossen und das Ventil 13a geöffnet, wodurch das in der Säule 21 verbliebene Restgas nach außen aus der Anlage ausgetragen wird. Falls jedoch gasförmiges 02 als Gasprodukt extrahiert werden soll, ist es je nach der °2-Konzentration auch möglich, die Ventile 13a, 151 und 291 zu schließen und das Ventil 15j zu öffnen, und zwar entweder zu Beginn oder während des sekundären Restgas-Austraschritts, um das Restgas teilweise oder vollständig zusammen mit dem Produktgas abzuführen. An der Adsorptionssäule 21 werden anschließend die Ventile 151, 291 und 13a geschlossen, während das Ventil 15j geöffnet wird. Infolgedessen wird ein im wesentlichen aus °2 bestehendes, vom Adsorbens 21a adsorbiertes Gas aufgrund der durch die Vakuumpumpe 36 bewirkten Druckminderung über das Sammelrohr 18, das Ventil 15j, die Austragleitung 4c und die Hauptaustragleitung 7 desorbiert und über die gemeinsame Austragleitung 37 aus der Anlage abgeführt Dieses desorbierte Gas besitzt eine hohe O2-Konzentration.
Zu dem oben angegebenen Zeitpunkt wird der Desorptions- vorgang für das adsorbierte Gas beendet. Nach Abschluß des Niederdruck-Adsorptionsvorgangs werden andererseits an der Adsorptionssäule 20 die Ventile 15g und 29f geschlossen und das Ventil 29e geöffnet. Infolgedessen strömt unter hohem Druck stehendes N2, das die gemeinsame Abführleitung 30 durchströmt, über das Ventil 29e, die Abführleitung 25b und das Sammelrohr 23 in die Adsorptionssäule 20 zur Druckerhöhung auf den für den Hochdruck-Adsorptionsschritt erforderlichen Druck, worauf der Druckerhöhungsschritt beendet wird. Danach werden in den Adsorptionssäulen 19, 20 und 21 die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte wiederholt in der Weise durchgeführt, daß dann, wenn die Adsorptionssäule 19 auf den zweiten Verfahrensschritt übergeht, die Adsorptionssäule 20 mit dem ersten Verfahrensschritt und die Saul 21 mit dem dritten Verfahrensschritt beginnt, wobei auf beschriebene Weise die unbehandelte Luft in gasförmiges N2 und ein Gas mit hoher 02-Konzentration aufgetrennt wird.
Während bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform gemäß Fig. 6 das Restgas durch öffnen der Ventile 151 und 291 der Säule 21 sowie des Ventils 13a während des sekundären Drucksenkungsschritts von beiden Seiten der Adsorptionssäule 21 abgeführt wird, kann das Restgas auch nur von der Seite des Ventils 151 der Säule 21 abgeführt werden, indem nur die Ventile 151 und 13a geöffnet werden (entsprechend einer siebten Ausführungsform). Während weiterhin bei der beschriebenen Ausführungsform gemaß Fig. 6 das von der Adsorptionssäule 21 gelieferte Restgas während des primären Drucksenkungsschritts durch öffnen der Ventile 151, 291 15g und 29f der Säulen 20 und 21 von der Adsorptionssäule 21 geliefert und sodann über die gemeinsame bzw. Sammel-Austragleitung 12, das Ventil 13a und die Auslaßleitung 40 aus der Anlage nach außen abgeführt wird, ist eine Abwandlung in der Weise möglich, daß das Restgas durch öffnen der Ventile 151, 291 und 13a während des primären Drucksenkungsschritts aus der Anlage ausgetragen und sodann Restgas durch öffnen der Ventile 151, 291, 15g und 29f und Schließen des Ventils 13a währe des sekundären Drucksenkungsschritts der Adsorptionssäule 20 zugeführt wird, wobei weiterhin in einem dritten Druck senkungsschritt überschüssiges Restgas durch Schließen de: Ventile 15g und 29f und öffnen der Ventile 151, 291 und 13a aus der Anlage ausgetragen wird (entsprechend einer achten Ausführungsform).
In der folgenden Tabelle 4 finden sich die Ergebnisse eines Vergleiches zwischen dem bisherigen Verfahren und dem anhand von Fig. 6 beschriebenen Verfahren gemäß der Erfindung, wobei jeweils die' Adsorptionssäulen gemäß Fig. 1 und 2 sowie gemäß Fig. 6 auf vorher angegebene Weise gefüllt waren. Es ist darauf hinzuweisen, daß sich die Spalte "Abwandlung gemäß 8. Ausführungsform*' auf den Fall bezieht, in welchem bei der achten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die Vorrichtung in der Weise betrieben wird, daß der Innendruck der Adsorptionssäule bei Beendigung des primären Drucksenkungsschritts gesenkt wird, so daß auf den dritten Drucksenkungsschritt verzichtet werden kann.

Tabelle 4

Fig. 1 Fig. 2 Fig 6

Testvorrichtung und -verfahren bischriges bisheriges erfindungsgemäßes Verfahren

Verfahren Verfahren 6. Ausfüh- 7. Ausfüh- 8. Ausfüh- Abwandlung

rungsform rungsform rungsform gem. 8. Aus-

führungsform

Adsorptions- #Druck ata 6 6 6 6 6 6

säulen- #Strömungsmenge Nm3/H 10 10 10 10 10 10

speisegas #Temperatur °C 25 25 25 25 25 25

#Druck #Hochdruck ata 6 6 6 6 6 6

Abge- #Niederdruck ata - - 2,5 2,5 1,8 1,2

führ- #Strö- #Hochdruck Nm³/h 4,9 6,4 5,4 5,9 5,2 4,8

tes #mungs- #Niederdruck Nm³/h - - 1,1 0,8 0,4 0,2

N2 #menge #Gesamt Nm³/h 4,9 6,4 6,5 6,7 5,6 5,0

#O2-Konzentration Vol.-% 1 oder 1 oder 1 oder 1 oder 1 oder 1 oder

darunter darunter darunter darunter darunter darunter

#Druck ata 1,2 # 0,2 1,2 # 0,2 1,2 # 0,2 1,2 # 0,2 1,2 # 0,2 1,2 # 0,2

Abge- #Strömungsmenge Nm³/h 1,4 1,7 2,0 1,8 2,1 2,0

führtes #O2-Konzentration Vol.-% 70 74 80 75 80 80

O2 #Strömungsmenge, Nm³/h 1,0 1,25 1,6 1,38 1,68 1,6

#reines O2

Wie sich aus Tabelle 4 ergibt, sind unabhängig davon, daß die Bedingungen für die Gaseinspeisung in die den größten Teil der Leistung verbrauchenden Adsorptionssäulen (in jedem Fall) identisch sind, bei jeder Ausführungsform der Erfindung sowohl die 02-Konzentration als auch die Strömungsmenge des abgeführten gasförmigen 02 im Vergleich zu den bisherigen Verfahren verbessert, so daß sich beim Abziehen von 02 als Gasprodukt eine entsprechende Kostensenkung ergibt.

Obgleich bei der sechsten Ausführungsform die N2 -Ab führströmungsmenge dieselbe ist wie beim bisherigen Verfahren, sind sowohl 02-Konzentration als auch 02-Abführströmungsmenge verbessert, so daß sich diese Ausführungsform für den Fall eignet, in welchem sowohl N2 als auch O, (als Gas) als Produkt extrahiert werden sollen.
Während bei der siebten Ausführungsform im Vergleich zur sechsten Ausführungsform die Strömungsmenge des abgeführten gasförmigen 02 niedrig ist, ist die N2-Abführströmungsmenge erhöht, so daß sich diese Ausführungsform für den Fall eignet, daß gasförmiges N2 als Produkt extrahiert werden soll.
Während bei der achten Ausführungsform im Vergleich zur sechsten und siebten Ausführungsform die Strömungsmenge des abgeführten N2 niedriger ist, sind die Strömungsmenge des abgeführten gasförmigen 02 und dergleichen verbessert, so daß sich diese Ausführungsform für den Fall eignet, daß gasförmiges 02 als Produktgas abgezogen werden soll.
Bei der in Fig. 7 dargestellten neunten Ausführungsform der Erfindung sind die den Teilen von Fig. 6 entsprechenden Teile wiederum mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet, weshalb sich die folgende Beschreibung nur auf die gegenüber Fig. 6 unterschiedlichen Abschnitte der Vorrichtung bezieht.
Gemäß Fig 7 sind in die Hauptabführleitung 8 ein Beruhigungsbehälter 10 und ein Rückschlagventil 11 eingeschaltext. In jeder anderen Hinsicht entspricht die Vorrichtung gemäß Fig. 7 derjenigen nach Fig. 6. Die Verfahrensführung bei der neunten Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen gemäß der sechsten Ausführungsform nur dadurch, daß es hierbei nicht mehr nötig ist, die Zeitpunkte bzw. Takte des Niederdruck-Adsorptionsschritts in der Säule 20 mit den primären und sekundären Drucksenkungsschritten in der Säule 21 zu synchronisieren, weil das von der Säule 21 gelieferte Restgas über den Beruhigungsbehälter 10 und das Rückschlagventil 11 indirekt der Säule 20 zugeführt bzw. eingespeist wird.
Durch die Einschaltung des Beruhigungsbehälters 10 und des Rückschlagventils 11 in die Leitung 8 kann außerdem die Verfahrensführung bei der siebten und achten Ausführungsform auf dieselbe Weise modifiziert werden, wobei die Notwendigkeit für die Synchronisierung der Arbeitstakte entfällt. Entsprechende Abwandlungen dieser (neunten) Ausführungsform ergeben eine zehnte und eine elfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Mit den neuten bis elften Ausführungsformen lassen sich ähnliche Wirkungen wie mit den sechsten bis achten Ausführungsformen erzielen. Insbesondere besteht bei ersteren ein größerer Spielraum bezüglich der Anordnung der Verfahrensschritte, weil es dabei nicht nötig ist, den Niederdruck-Adsorptionsschritt mit primärem und sekundärem Drucksenkungsschritt zu synchronisieren. Da zudem das Restgas (cavity gas) in kurzer Zeit geliefert bzw.
abgeführt werden kann, kann die Gesamtzeit für die (Durchführung der) Verfahrensschritte verkürzt werden, so daß die verarbeitbare Menge an unbehandelter Luft entsprechend vergrößert werden kann.
Obgleich die Erfindung vorstehend anhand verschiedener bevorzugter Ausführungsformen bzw. -beispiele beschrieben ist, sind dem Fachmann selbstverständlich innerhalb des Erfindungsrahmens weitere Änderungen und Abwandlungen möglich. Beispielsweise ist die Erfindung gleichermaßen auf die Abtrennung von gasförmigem Kohlendioxid von einem Verbrennungsgas durch Adsorption anwendbar. Weiterhin können für die Adsorption neben Fe-K-Na-A und Fe-Na-A auch molekulare Kohlesiebe (Adsorbens für Sauerstoff) oder ein Adsorbens für Stickstoff verwendet werden.
L e e r s e i t e

Claims

Verfahren und Vorrichtung zum Auftrennen eines Gasgemisches, wie Luft, durch Adsorption Patentansprüche 10 Verfahren zum Auftrennen eines Gasgemisches durch Adsorption, bei dem ein Adsorptionsschritt unter Einspeisung eines unbehandelten (raw) Gases in eine mit einem Adsorbens bzw. Adsorptionsmittel gefüllte Adsorptionssäule, um einen adsorptionsfähigen (adsorbate) Gasbestandteil zu adsorbieren und einen nicht adsorptionsfähigen (unadsorbate) Gasbestandteil aus der Adsorptionssäule abzuziehen, und ein Desorptionsschritt unter Drucksenkung in der Adsorptionssäule, um den Adsorbens den an ihm adsorbierten Gasbestandteil desorbieren zu lassen und dabei diesen Gasbestandteil zu gewinnen, in mehreren Adsorptionssäulen wiederholt und in einem zueinander versetzten Takt durchgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einleitung eines Desorptionsschritts ein Gasgemisch, das von einer Adsorptionssäule geliefert bzw. abgsfüh@@ will, in wel cher während einer primären (ersten) Drucksenkungsperiode die Adsorption beendet worden ist, zu einer anderen Adsorptionssäule überführt wird, deren Druck nach Beendigung des Desorptionsschritts durch einen nicht adsorbierten, infolge der Niederdruckadsorption gelieferten Gasbestandteil und/oder ein während der primären Drucksenkungsperiode geliefertes bzw. abgeführtes Gasgemisch auf einen Wert zwischen dem Adsorptions- und dem Desorptionsdruck erhöht worden ist, um einen Niederdruck-Adsorptionsschritt durchzufQhnn, bei dem der adsorptionsfähige Gasbestandteil des Gasgemisches adsorbiert wird, wobei ein während der primären Drucksenkungsperiode geliefertes, unter Druck stehendes Gasgemisch mit niedriger Konzentration an adsorptionsfähigem Gasbestandteil wirksam genutzt werden kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Adsorptionssäule, in welcher die erste Drucksenkung abgeschlossen ist, durch Ablassen ihres Innendrucks zur Atmosphäre einer sekundären Drucksenkung unterworfen wird, und daß der in einer Adsorptionssäule, in welcher die sekundäre Drucksenkung abgeschlossen ist, herrschende Druck mittels einer Vakuumpumpe weiter gesenkt wird, wobei ein adsorptionsfähiger, von einem Adsorbens adsorbierter Gasbestandteil desorbiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendruck einer Adsorptionssäule, in welcher die primäre Drucksenkung abgeschlossen ist, einer sekundären Senkung auf nahezu den Partialdruck des adsorptionsfähigen Bestandteils des unbehandelten Gases unterworfen wird, und daß der von einem Adsorbens adsorbierte Gasbestandteil durch Spülen des Inneren einer Adsorptionssäule, in welcher die sekundäre Drucksenkung abgeschlossen ist, mit einem während eines Niederdruck-Adsorptionsschritts gelieferten, nicht adsorptionsfähigen (unadsorbate) Gas desorbiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck eines während eines sekundären Drucksenkungsschritts gelieferten bzw. abgeführten Gasgemisches auf den Niederdruck-Adsorptionsdruck erhöht und das Gasgemisch sodann in eine Adsorptionssäule, deren Druck auf den Niederdruck-Adsorptionsdruck erhöht worden ist, entweder gemeinsam mit einem während einer primären Drucksenkungsperiode gelieferten Gasgemisch oder anschließend an die zu adsorbierenden Gasgemische eingeführt wird, wobei die Ausbeute an beiden Bestandteilen des Gasgemisches erhöht und zudem der Leistungsbedarf gesenkt werden kann.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb einer Tolera.r--einer Konzentration an adsorptionsfähigem Gasbestandceil in dem (nach außen) aus der Anlage abgeführten Gas, das mit adsorptionsfähigem Gasbestandteil angereichert ist, ein während des sekundären Drucksenkungsschritts geliefertes bzw. abgeführtes Gasgemisch teilweise oder ganz zusammen mit dem während des Desorptionsschritts von einer Adsorptionssäule gelieferten Gas aus der Anlage (nach außen) abgeführt wird, so daß sich die Ausbeute an adsorptionsfähigem Gasbestandteil erhöht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Adsorptionssäule, in welcher der letzte Niederdruck-Adsorptionsschritt abgeschlossen ist, einer Hochdruck-Druckerhöhung durch Zufuhr bzw.

Einspeisung eines unbehandelten Hochdruckgases und/oder eines Teils des während des Hochdruck-Adsorptionsschritts gelieferten, nicht adsorptionsfähigen oder undadsorbierten Gases unterworfen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein während des prlmtlren larucksenkungsschritts und/oder des sekundären Drucksenkungsschritts geliefertes bzw. abgeführtes Gasgemisch über einen (Beruhigungs-)Behälter einer Adsorptionssäule zugeführt wird, in welcher der Niederdruck-Adsorptionsschritt stattfindet, so daß die Notwendigkeit für eine Synchronisierung des Niederdruck-Adsorptionsschritts mit primärem und sekundärem Drucksenkungsschritt entfallen kann.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des sekundären Drucksenkungsschritts ein Gasgemisch von der Speiseseite für unbehandeltes Gas der Adsorptionssäule oder sowohl von dieser Speiseseite als auch von der Abführseite für nicht adsorbiertes Gas der Adsorptionssäule geliefert bzw. abgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Adsorptionssäulen ein Adsorbens bzw. Adsorptionsmittel eingefüllt wird, der bzw. das selektiv Sauerstoff aus Luft zu adsorbieren vermag und der bzw. das durch Zusatz von zumindest Eisen mit einer Wertigkeit von 2 oder mehr zu industriell reinem A4-Typ-Zeolith hergestellt worden ist.
10. Vorrichtung zum Auftrennen eines Gasgemisches durch Adsorption mit mindestens zwei Adsorptionssäulen, einer Haupt-Gasgemischspeiseleitung mit in diese eingeschaltetem Kompressor bzw. Luftpresser und ventilgesteuerten Anschlüssen am einen Ende jeder Adsorptionssäule, so daß je nach Bedarf ein Gasgemisch zur Adsorption durch jede oder beide dieser Adsorptionssäulen leitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptionssäulen Mischgas-Speiseleitungen, über ein gemeinsames Sammelrohr an ihre Einlaßenden angeschlossene Restgas-Austragleitungen sowie über ein gemeinsames Sammelrohr an ihre Auslaßenden angeschlossene Gasbestandteil-Abführleitungen und Restgas-Austragleitungen aufweisen, daß in alle Leitungen Ventile eingeschaltet sind, daß andere zweckmäßige Ausrüstungsteile, wie Beruhigungsbehälter, für die jeweiligen Einspeisebedingungen für das Gasgemisch und die Abfü.rerfordernisse der Gasbestandteile vorgesehen sind und daß die Anordnung der Vorrichtung so getroffen ist, daß sie das Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche durchzuführen vermag.