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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Rückgewinnung
von angereichertem gasförmigem
Sauerstoff aus einem Sauerstoff enthaltendem Rohgas durch Druckwechsel-Adsorption
(PSA Prozess).
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STAND DER TECHNIK
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Sauerstoffreiches
Gas, d. h. Gas mit einer hohen Sauerstoffkonzentration, welches
durch einen PSA Prozess erhalten worden ist, wird weithin in technischen
Gebieten eingesetzt, die eine kontinuierliche Zufuhr von Sauerstoff
erfordern, d. h. beispielsweise bei der Elektrostahlherstellung,
bei der Wasserbehandlung durch Sauerstoff-Belüftung, bei dem Bleichen von
Papierstoff oder der Ozonisierung. In der jüngsten Zeit wird auch in dem
technischen Gebiet der Verbrennung auf die Verbrennung in sauerstoffreichem
Gas anstatt auf die Verbrennung in Luft zurückgegriffen, um Ofenrückstände zu schmelzen, beispielsweise
um eine niedrigere NOx-Emmision zu erreichen oder um die Wirksamkeit
einer chemischen Reaktion zu fördern.
Sauerstoffreiches Gas wird auch im Gebiet der Biochemie weithin
beispielsweise zur Fermentation genutzt.
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Ein
typischer PSA-Prozess ist ein PSA-Prozess mit mehreren Türmen, welcher
eine Anlage mit mindestens zwei Adsorptionstürmen nutzt. Bei dem Mehrturm-PSA-Prozess werden
die Prozessschritte der Adsorption, Desorption und Druckerhöhung in
jedem der Adsorptionstürmen
wiederholt. Diese Prozessschritte werden in den Adsorptionstürmen zu voneinander
verschiedenen Zeiten durchgeführt. Verschiedenartige
Versuche sind zur Verbesserung eines derartigen Mehrturm-PSA-Prozesses
und der dafür
verwendeten Anlage unternommen worden. Beispielsweise offenbart
die
JP-A-8-239204 ein
Verfahren, in welchem der Druck in einem Adsorptionsturm, in welchem
die Adsorption abgeschlossen ist, zur Druckerhöhung in einem anderen Adsorptionsturm
genutzt wird.
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Andererseits
ist ein PSA Prozess mit nur einem Turm, der eine Anlage mit einem
einzelnen Adsorptionsturm nutzt, auch als ein Verfahren zur Verringerung
der Größe, Vereinfachung
der Anlage und Investitionskostenreduzierung bekannt. Es sind verschiedene
Versuche auch zur Verbesserung eines solchen Einturm-PSA-Prozesses
und der dafür
genutzten Anlage im Hinblick auf die Menge und die Reinheit des
als Produkt erhaltenen Sauerstoffgases unternommen worden. Beispielsweise
offenbart die
JP-A-9-29044 ein
Verfahren, bei welchem das in dem Adsorptionsturm nach Abschluss
der Adsorption verbleibende Gas in einem separat vorgesehenem Wiedergewinnungstank
wiedergewonnen und nach Abschluss der Desorption zum Auswaschen
des Adsorptionsturms in den Adsorptionsturm zurückgeführt wird.
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Mit
den in der Literatur offenbarten Verfahren oder mit anderen PSA-Verfahren des Standes
der Technik mit nur einem Turm ist die Gewinnung von sauerstoffreichem
Gas unzureichend und es besteht Raum für Verbesserungen.
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Die
EP 0771583 und die
EP 0641591 beziehen sich
auf ein Druckwechsel-Adsorptionsverfahren für die Gewinnung von Sauerstoff
aus Luft. Die
US-PS-3788036 bezieht
sich auf ein Druckausgleichs- und Reinigungssystem für wärmelose
Adsorptionssysteme.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung, die in Anbetracht der vorstehend
beschriebenen Umstände entwickelt
worden ist, ist die Verbesserung der Ausbeute an sauerstoffreichem
Gas bei der Gewinnung von sauerstoffreichem Gas in einem PSA-Prozess mit nur einem
Turm.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zur Gewinnung von sauerstoffreichem
Gas durch Anreichern gasförmigen
Sauerstoffs, der im Rohgas enthalten ist, durch eine eintürmige Druckwechseladsorption,
die einen einzelnen Adsorp tionsturm verwendet, der mit einem Adsorptionsmittel
gefüllt
ist, wobei der Adsorptionsturm einen Rohgas-Einlass und einen Produktgas-Auslass
aufweist, und wobei das Verfahren ein Wiederholen eines Zyklus umfasst,
welcher enthält:
einen
Adsorptionsschritt zum Adsorbieren einer im Rohgas enthaltenen unnötigen Gaskomponente durch
das Adsorptionsmittel durch Einleiten des Rohgases in die Adsorptionssäule, um
aus der Adsorptionsturm sauerstoffreiches Gas abzugeben;
einen
Desorptionsschritt zum Desorbieren der unnötigen Gaskomponente aus dem
Adsorptionsmittel, in dem der Adsorptionsturm drucklos gemacht wird;
einen Waschschritt zum Einleiten von Waschgas in den Adsorptionsturm,
um verbliebenes Gas aus dem Adsorptionsturm zu entfernen und einen
Druckerhöhungsschritt
zum Erhöhen
des Innendrucks des Adsorptionsturms;
dadurch gekennzeichnet,
dass der Desorptions-Schritt einen ersten Desorptions-Unterschritt enthält, der
nach dem Adsorptionsschritt durchgeführt wird, um teilweise angereichertes
Sauerstoffgas, dass sich in dem Adsorptionsturm befindet, durch
den Produktgas-Auslass für
ein Rückhalten
in einem Rückgewinnungsbehälter wiederzugewinnen, während die
unnötige
Gaskomponente, die aus dem Adsorptionsmittel desorbiert worden ist,
durch den Rohgas-Einlass unter Verringerung des Drucks ausgestoßen wird,
und einen zweiten Desorptions-Unterschritt enthält, der nach dem ersten Desorptionsschritt
ausgeführt
wird, um die unnötige
Gaskomponente, die aus dem Adsorptionsmittel desorbiert worden ist,
durch den Rohgaseinlass unter Verringerung des Drucks bei geschlossenem
Produktgas-Auslass auszustoßen,
dass
der Waschschritt einen ersten Wasch-Unterschritt zum Einleiten eines
Teils des sauerstoffreichen Gases als Waschgas in den Adsorptionsturm durch
den Produktgas-Auslass,
während
das übrige Gas
aus dem Adsorptionsturm durch den Rohgas-Einlass ausgestoßen wird,
und einen zweiten Wasch-Unterschritt enthält, um einen Teil des teilweise
angereicherten Sauerstoffgases, dass in dem Rückgewinnungsbehälter zurückgehalten
wird, als Waschgas in den Adsorptionsturm durch den Produktgas-Auslass einzuführen, während das
verbliebene Gas durch den Rohgas-Einlass aus dem Adsorptionsturm
ausgestoßen
wird, und
dass der Druckschritt ein Anheben des Innendrucks des
Adsorptionsturms durch Einleiten des Rests des teilweise angereicherten
Sauerstoffgases, das in dem Rückgewinnungsbehälter zurückgehalten
ist, durch den Produktgasauslass in den Adsorptionsturm umfasst.
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Vorzugsweise
liegt das Teilungsverhältnis zwischen
der Menge des teilweise angereicherten Sauerstoffgases, das im Waschschritt
in den Adsorptionsturm eingeleitet werden soll, und der Menge des teilweise
angereicherten Sauerstoffgases, dass im Druckschritt in den Adsorptionsturm
eingeleitet werden soll, in den Bereich zwischen 65:35 bis 97:3,
berechnet auf der Basis eines Standardzustandvolumens. Noch mehr
bevorzugt liegt das Teilungsverhältnis
im Bereich von 75:25 bis 93:7, berechnet auf der Basis eines Standardzustandvolumens.
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In
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Gewinnung von sauerstoffreichem Gas wird das teilweise angereicherte
Sauerstoffgas, welches in dem Adsorptionsturm nach dem Abschluss
der Adsorption vorhanden ist, zum Einsatz sowohl beim Waschen und
der Unterdrucksetzung des Adsorptionsturms gewonnen. Die Erfinder
haben bestätigt,
dass ein derartiger Prozess die schließliche Gewinnung sauerstoffreichen
Gases fördert,
verglichen mit dem Fall, in dem das gewonnene teilweise angereicherte
Sauerstoffgas nur für
das Auswaschen des Adsorptionsturm oder nur für die Unterdrucksetzung des
Adsorptionsturms eingesetzt wird.
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Die
Erfinder haben bestätigt,
dass eine hohe Ausbeute in dem Fall erhalten wird, in dem das Teilungsverhältnis zwischen
der in dem Waschschritt in den Adsorptionsturm einzuführenden
teilweise angereicherten Sauerstoffgases und der in dem Druckschritt
in den Adsorptionsturm einzuführenden
teilweise angereicherten Sauerstoffgas im Bereich von 65:35 bis
97:3 und vorzugsweise zwischen 75:25 und 93:7 liegt, berechnet auf
der Basis des Standardzustandvolumens.
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Andere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
detaillierten Beschreibung klarer, die nachstehend unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen gegeben wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
schematisch eine PSA-Trennanlage X zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Prozesses
zur Gewinnung von sauerstoffreichem Gas.
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2 ist
eine Tabelle, die bei jedem Schritt des Verfahrens zur Gewinnung
von sauerstoffreichem Gas den offenen/geschlossenen Zustand jedes
automatischen Ventils der PSA-Trennanlage nach 1 zeigt.
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3A–3F geben
Gasströme
bei den jeweiligen Schritten wieder.
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4 ist
eine Tabelle, die die Bedingungen und Daten der Beispiele und Vergleichsbeispiele
wiedergibt.
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5 ist
ein Diagramm der Ergebnisse der Beispiele und der Vergleichsbeispiele.
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BESTE AUSFÜHRUNGSWEISE DER ERFINDUNG
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Nachstehend
werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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1 zeigt
schematisch eine PSA-Trennanlage X zur Durchführung des erfindungsgemäßen Gewinnungsverfahrens
für sauerstoffreiches
Gas. Die PSA-Gewinnungsanlage
X umfasst einen Adsorptionsturm 1, einen Pufferbehälter 2 für Produktgas
und einen Gewinnungsbehälter 3.
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Der
Adsorptionsturm 1, der einen Produktgasauslass 1a und
einen Rohgaseinlass 1b aufweist, ist mit einem Adsorptionsmittel
beladen. Als Adsorptionsmittel kann beispielsweise ein Zeolith-Mollekularsieb
vom LI-X Typ, ein Zeolith-Mollekularsieb vom Ca-X Typ oder ein Zeolith-Mollekularsieb
vom Ca-A Typ verwendet werden.
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Der
Produktgasauslass 1a des Adsorptionsturms 1 ist
mit dem Pufferbehälter 2 für Produktgas über eine
erste Leitung 4a für
die Produktgasgewinnung und über
eine zweite Leitung 4b für die Produktgaszufuhr verbunden.
Der Produktgasauslass ist auch mit dem Gewinnungsbehälter 3 über eine
dritte Leitung 4c für
teilweise angereichertes Sauerstoffgas verbunden, wie später noch
beschrieben wird.
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Der
Rohgaseinlass 1b des Adsorptionsturms 1 ist mit
einer Rohgaszufuhr 7 über
eine gemeinsame vierte Leitung 4d und fünfte und sechste Leitung 4e, 4f für die Rohgaszufuhr
verbunden. Der Rohgaseinlass ist auch mit einem Sammler 8 für desorbiertes Gas über eine
vierte Leitung 4d und eine siebte und achte Leitung 4g, 4h für die Entnahme
von desorbiertem Gas verbunden.
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Der
Pufferbehälter 2 für Produktgas
ist mit einem Sammler 9 für Produktgas über eine
neunte Leitung 4i für
die Sammlung von Produktgas verbunden.
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Die
erste Leitung 4a für
die Produktgassammlung ist mit einem automatischen Ventil 5a versehen,
während
die zweite Leitung 4b für
Produktgaszufuhr mit einem automatischen Ventil 5b und
einem Durchflusssteuerventil 6a versehen ist. Die dritte
Leitung 4c für
teilweise angereichertes Sauerstoffgas weist ein automatisches Ventil 5c und
ein Durchflusssteuerventil 6b auf. Die fünften und
sechsten Leitungen 4e, 4f für die Rohgaszufuhr und die
siebten und achten Leitungen 4g, 4h für den Auslass
von desorbiertem Gas sind mit automatischen Ventilen 5d, 5e, 5f bzw. 5g versehen.
Die gemeinsame vierte Leitung 4e ist mit einer Gebläsepumpe
BP ausgestattet.
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Die
Gasströme
in den ersten bis neunten Leitungen 4a–4i werden durch geeignetes Öffnen oder Schließen jedes
der automatischen Ventile 5a–5g gesteuert. In
dem Adsorptionsturm 1 wird eine Reihenfolge von Verfahrensschritten
mit Adsorption, Desorption, Waschen und Druckerhöhung eine vorbestimmte Anzahl
von Malen wiederholt. Der Adsorptionsschritt wird unter einem erhöhten Druck
durchgeführt,
damit unnötiges
oder unerwünschtes
Gas durch das Adsorptionsmittel adsorbiert wird. Der Desorptionsschritt
erfolgt unter einem abgesenkten Druck, um das unnötige Gas
von dem Adsorptionsmittel zu desorbieren. In dem Waschschritt wird
das in dem Behälter
verbleibende desorbierte Gas abgeführt. In dem Druckerhöhungsschritt
wird der Innendruck des Adsorptionsturms 1 in Vorbereitung
des Adsorptionsschritts erhöht.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
wird die PSA-Trennanlage X mit dem vorbeschriebenen Aufbau zur Entfernung
unnötiger
Komponenten aus dem Rohgas zwecks Erhalt eines an Sauerstoff angereicherten
Produktgases oder eines sauerstoffreichen Gases benutzt. In dem
Adsorptionsturm 1 wird ein Zyklus mit den Schritten 1 bis
6 gemäß 2 wiederholt. 2 zeigt
auch den offenen bzw. geschlossenen Zustand jedes der Ventile 5a–5g in
jedem Verfahrensschritt. Jede der 3A–3F zeigt
den Gasstrom in einem jeweiligen Schritt. Der Gasstrom wird durch
einen fettgedruckten Pfeil angezeigt.
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In
dem SCHRITT 1 ist jedes der automatischen Ventile 5a–5g offen
oder geschlossen, wie in 2 dargestellt, um die Gasströmung zu
liefern, wie sie in 3A dargestellt ist, wodurch
die Adsorption durchgeführt
wird.
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Wie
in den 1 und 3A gezeigt steht der Adsorptionsturm 1 mit
der Rohgaszufuhr 7 in Verbindung. Auch steht der Adsorptionsturm 1 mit
dem Sammler 9 für
Produktgas über
den Pufferbehälter 2 für Produktgas
in Verbindung. Durch den Betrieb der Gebläsepumpe PB strömt Rohgas
wie Luft aus der Rohgaszufuhr 7 durch die fünfte Leitung 5e,
die dritte Leitung 4d und die sechste Leitung 4f über den
Rohgaseinlass 1b in den Adsorptionsturm 1 ein.
Zu diesem Zeitpunkt wird der Innendruck des Adsorptionsturms 1 beispielsweise
auf 30 bis 100 kPa (Manometerdruck) gehalten. In dem Adsorptionsturm 1 werden in
dem Rohgas enthaltene unnötige
Komponenten, einschließlich
beispielsweise Stickstoff, durch das Adsorptionsmittel zwecks Entfernung
adsorbiert. Als Ergebnis strömt
ein Gas mit einer hohen Sauerstoffkonzentration, d. h. ein sauerstoffreiches
Gas, aus dem Adsorptionsturm 1 über den Produktgasauslass 1a als
Produktgas ab. Das Produktgas wird über die erste Leitung 4a dem
Pufferbehälter 2 für Produktgas zugeführt. Das
Produktgas wird zunächst
in dem Pufferbehälter 2 für Produktgas
festgehalten und dann in dem Produktgassammler 9 über die
neunte Leitung 4i gesammelt. Wenn dieser Verfahrensschritt
abgeschlossen ist, verbleibt ein Teil des Produktgases in dem Pufferbehälter 2 für das Produktgas.
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Im
SCHRITT 2 ist jedes der automatischen Ventile 5a–5g geöffnet oder
geschlossen, wie in 2 dargestellt, um den Gasstrom
gemäß 3B zu
liefern, wodurch die Desorption durchgeführt wird.
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Wie
in den 1 und 3B gezeigt, steht der Adsorptionsturm 1 mit
dem Gewinnungsbehälter 3 in
Verbindung. Der Innendruck des Adsorptionsturms 1 wird
aufgrund der zuvor darin durchgeführten Adsorption auf beispielsweise
30 bis 100 kPa (Manometerdruck) angehoben.
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Andererseits
wird in der Anfangsphase dieses Verfahrensschrittes der Innendruck
in dem Gewinnungsbehälter 3 relativ
niedrig gehalten und kann beispielsweise im Bereich von –80 bis –10 kPa
(Manometerdruck) liegen. Das in dem Adsorptionsturm 1 vorhandene
Gas mit einer relativ hohen Sauerstoffkonzentration, d. h. das teilweise
angereicherte Sauerstoffgas, bewegt sich aufgrund der Druckdifferenz zwischen
dem Adsorptionsturm 1 und dem Gewinnungsbehälter 3 durch
die dritte Leitung 4c in den Gewinnungsbehälter 3.
Wegen seiner vorherigen Anwesenheit in dem Adsorptionsturm 1 nach
Abschluss des Adsorptionsprozesses hat dieses Gas eine merkliche
Entfernung unnötiger
Komponenten erfahren und besitzt dementsprechend eine relativ hohe Konzentration
an Sauerstoff. Der Innendruck in dem Gewinnungsbehälter 3 liegt
schließlich
im Bereich von 50 bis 70 kPa (Manometerdruck).
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Im
SCHRITT 2 steht der Adsorptionsturm 1 auch mit dem Sammler 8 für desorbiertes
Gas in Verbindung. Während
sich also das teilweise angereicherte Sauerstoffgas in den Gewinnungstank 3 bewegt,
wird der Druck in dem Adsorptionsturm 1 durch den Betrieb
der Gebläsepumpe
BP erniedrigt. Dadurch werden unnötige Komponenten von dem Adsorptionsmittel
desorbiert und die Konzentration an unnötigem Gas in dem Adsorptionsturm 1 erhöht. Durch
die Tätigkeit
der Gebläsepumpe
BP strömt
unnötiges
Gas durch die siebte Leitung 4g, die vierte Leitung 4d und
die achte Leitung 4h und sammelt sich in dem Sammler 8 für desorbiertes
Gas.
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Im
SCHRITT 3 ist jedes der automatischen Ventile 5a–5g geöffnet oder
geschlossen, wie in 2 dargestellt, um den Gasstrom
nach 3C zu bilden, wodurch weitere Desorption erfolgt.
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Wie
in den 1 und 3C gezeigt, steht der Adsorptionsturm 1 nur
mit dem Kollektor 8 für desorbiertes
Gas in Verbindung. Die Gebläsepumpe BP
ist vom SCHRITT 2 an kontinuierlich in Betrieb, um den Druck in
dem Adsorptionsturm 1 zu erniedrigen und dadurch das desorbierte
Gas zu gewinnen.
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Während der
Desorption in den SCHRITTEN 2 und 3 liegt der niedrigste Druck in
dem Adsorptionsturm 1 im Bereich von –90 bis –20 kPa (Manometerdruck).
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Im
SCHRITT 4 ist jedes der automatischen Ventile 5a bis 5g geöffnet oder
geschlossen, wie in 2 dargestellt, um den Gasstrom
nach 3D zu erzeugen und dadurch einen Waschvorgang
durchzuführen.
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Wie
in den 1 und 3D gezeigt, steht der Adsorptionsturm 1 mit
dem Pufferbehälter 2 für Produktgas
und dem Sammler 8 für
desorbiertes Gas in Verbindung. Der Druck in dem Adsorptionsturm 1, in
welchem die Desorption stattgefunden hat, ist relativ gering. Andererseits
ist der Druck in dem Pufferbehälter 2 für das Produktgas
relativ hoch wegen des Zurückhaltens
des durch die Adsorption erhaltenen Produktgases. Daher bewegt sich
das Produktgas aus dem Pufferbehälter 2 für das Produktgas
durch die zweite Leitung 4b und wird über den Produktgasauslass 1a in
den Adsorptionsturm 1 eingeleitet, um als Waschgas zu dienen.
Zu diesem Zeitpunkt wird das Gas in dem Adsorptionsturm 1 durch
den Betrieb der Gebläsepumpe
BP kontinuierlich abgesaugt. Diese fördert die Bewegung des Produktgases
aus dem Pufferbehälter 2 für das Produktgas
in den Adsorptionsturm 1. Die Durchflussmenge und der Druck
des Produktgases, welches aus dem Pufferbehälter 2 für das Produktgas
abströmt,
wird durch das Durchflusssteuerventil 6a gesteuert.
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Das
aus dem Adsorptionsturm 1 über den Produktgasauslass 1a abgesaugte
Gas strömt über die
siebte Leitung 4g, die vierte Leitung 4d und die achte
Leitung 4h zur Sammlung in den Sammler 8 für desorbiertes
Gas. Die Absaugung durch den Betrieb der Gebläsepumpe BP fördert die
Sammlung des verbleibenden Gases in dem Adsorptionsturm 1.
Zu diesem Zeitpunkt wird, da der Adsorptionsturm 1 eine Druckerniedrigung
erfährt
und unnötiges
Gas abgegeben wird, die Konzentration an unnötigem Gas oder dessen Partialdruck
in den Adsorptionsturm 1 erniedrigt. Als Ergebnis wird
auch die Desorption unnötiger
Komponenten von dem Adsorptionsmittel gefördert.
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Wenn
die Absaugung durch die Gebläsepumpe
BP genutzt wird, liegt der Innendruck in dem Adsorptionsturm 1 in
dem Waschschritt beispielsweise in dem Bereich von –90 bis –20 kPa
(Manometerdruck), ähnlich
wie in dem Desorptionsschritt.
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Im
SCHRITT 5 ist jedes der automatischen Ventile 5a bis 5e geöffnet oder
geschlossen, wie in 3 dargestellt,
um einen Gasstrom wie in 3E zu
erzeugen und dadurch das Waschen fortzusetzen.
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Wie
in den 1 und 3E gezeigt, steht der Adsorptionsturm 1 mit
dem Gewinnungstank 3 und mit dem Sammler 8 für desorbiertes
Gas in Verbindung. Wie vorstehend beschrieben liegt der Innendruck
des Gewinnungstanks 3 beispielsweise im Bereich von –50 bis
70 kPa (Manometerdruck). Andererseits ist der Innendruck des Adsorptionsturms 1 durch
die Gebläsepumpe
beispielsweise auf den Bereich von –90 bis –20 kPa (Manometerdruck) erniedrigt
worden, was niedriger ist als der Druck in dem Gewinnungstank 3.
Es strömt
daher aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Gewinnungstank 3 und dem
Adsorptionsturm 1 teilweise angereichertes Sauerstoffgas
in dem Gewinnungstank 3 durch die dritte Leitung 4c über den
Produktgasauslass 1a in den Adsorptionsturm 1.
Zu dieser Zeit wird die Durchflussmenge und der Druck des teilweise
angereicherten Sauerstoffgases, welches aus dem Gewinnungstank 3 abströmt, durch
das Durchflusssteuerventil 6b gesteuert. Das in dem Adsorptionsturm 1 verbleibende
Gas wird durch den Rohgaseinlass 1b aufgrund der Einführung teilweise
angereicherten Sauerstoffgases aus dem Gewinnungstank 3 und
aufgrund der Saugwirkung der Gebläsepumpe BP abgelassen. Das
abgelassene Gas strömt
durch die siebte Leitung 4g, die vierte 4d und
die achte Leitung 4h zwecks Ansammlung in den Sammler 8 für desorbiertes
Gas.
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Zu
diesem Zeitpunkt kann die Menge an teilweise angereichertem Sauerstoffgas,
welches aus dem Gewinnungstank 3 in den Adsorptionsturm 1 überführt worden
ist, beispielsweise 65 bis 97% und vorzugsweise 75 bis 93% (berechnet
auf der Basis des Volumens unter Normalzustand) der Gesamtmenge
des teilweise angerei cherten Sauerstoffgases betragen, welches während des
Desorptionsschrittes (SCHRITT 2) aus dem Adsorptionsturm 1 gewonnen worden
ist. Bei diesem Schritt kann der Enddruck in dem Adsorptionsturm 1 beispielsweise
im Bereich von –80
bis –10
kPa (Manometerdruck) liegen, während
der Enddruck in dem Gewinnungsbehälter 3 im Bereich
von beispielsweise –70
bis 0 kPa (Manometerdruck) liegen kann.
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Im
SCHRITT 6 ist jedes der automatischen Ventile 5a–5g geöffnet oder
geschlossen, wie in 2 gezeigt, um einen Gasstrom
wie in 3F zu erzeugen, der die Druckerhöhung bewirkt.
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Wie
in den 1 und 3F gezeigt, steht der Adsorptionsturm 1 mit
den Gewinnungsbehältern 3 und
mit der Rohgaszufuhr 7 in Verbindung. Nach dem SCHRITT
5 wird teilweise angereichertes Sauerstoffgas weiterhin von dem
Gewinnungsbehälter 3 in
den Adsorptionsturm über
die dritte Leitung 4c überführt. Gleichzeitig
wird Rohgas aus der Rohgaszufuhr 7 durch die fünfte Leitung 4e,
die vierte Leitung 4d, die sechste Leitung 4f durch
die Tätigkeit der
Gebläsepumpe
BP in den Adsorptionsturm 1 geliefert. Der Adsorptionsturm 1 wird
daher beispielsweise auf einen Druckbereich von –60 bis 10 kPa gebracht.
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Die
Durchflussmenge und der Druck des teilweise angereicherten Sauerstoffgases,
welches aus dem Gewinnungsbehälter 3 abströmt, wird
durch das Durchflusssteuerventil 6b gesteuert. Die Menge
des teilweise angereicherten Sauerstoffgases, welches aus dem Gewinnungsbehälter 3 in
den Adsorptionsturm 1 überführt wird,
kann beispielsweise 3 bis 35% und vorzugsweise 7 bis 25% (berechnet
auf der Basis des Volumens im Normalzustand) der Menge des teilweise
angereicherten Sauerstoffgases betragen, welches aus dem Adsorptionsturm 1 in
dem Desorptionsschritt (SCHRITT 2) gewonnen wird. Weiterhin wird
der Innendruck des Gewinnungsbehälters 3 auf den
Bereich von –80
bis –10
kPa (Manometerdruck) reduziert.
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Durch
Wiederholung der vorbeschriebenen SCHRITTE 1 bis 6, des Verfahrens
in der PSA-Trennanlage X wird aus dem Rohgas ein sauerstoffreiches Produktgas
gewonnen.
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In
dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel
wird die Druckerhöhung
im SCHRITT 6 durch Einführung
sowohl des teilweise angereicherten Sauerstoffgases und des Rohgases
vollzogen. Erfindungsgemäß kann jedoch
die Druckerhöhung
auch nur durch die Einführung
von teilweise angereichertem Sauerstoffgas erfolgen. In diesem Fall
wird der Druck in dem Adsorptionsturm 1 bis zum höchsten Enddruck
während
des Adsorptionsschrittes von SCHRITT 1 durch Zufuhr von Rohgas zu
dem Adsorptionsturm 1 erhöht.
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Es
kann zwischen dem SCHRITT 6 und SCHRITT 1 ein weiterer Schritt eingefügt werden,
um den Druck in dem Adsorptionsturm 1 weiter zu erhöhen, und
zwar indem in dem Pufferbehälter 2 verbliebenes
Produktgas in den Adsorptionsturm 1 eingeleitet wird.
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Nunmehr
werden Beispiele der vorliegenden Erfindung und Vergleichsbeispiele
beschrieben.
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[Beispiele 1–5, Vergleichsbeispiele 1 und
2]
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In
jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele wird der aus den Verfahrensschritten
nach 2 bestehende Zyklus unter den Bedingungen der 4 wiederholt,
und zwar unter Verwendung der PSA-Trennanlage X zur Gewinnung von
sauerstoffreichem Gas aus Rohgas. Die Ergebnisse sind in 4 dargestellt
und als Diagramm in 5 wiedergegeben. Die Abszisse
von 5 ist das Verhältnis der
Menge des teilweise angereicherten in dem Waschschritt verwendeten
Sauerstoffgases zu der Menge des in dem Desorptionsschritt gewonnenen teilweise
angereicherten Sauer stoffgases, während die Ordinate die Relativwerte
darstellt, wenn die Gewinnung von Produktgas im Beispiel 1 als „Ziffer
1" definiert wird.
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Es
ist zu beachten, dass alle Beispiele und Vergleichsbeispiele unter
den gleichen Bedingungen durchgeführt wurden, mit Ausnahme von
Unterschieden in dem Teilungsverhältnis der Menge des teilweise
angereicherten Sauerstoffgases, welches in dem Waschschritt 5 in
den Adsorptionsturm 1 eingeleitet wird, zu derjenigen,
die in den Druckerhöhungsschritt 6
in den Adsorptionsturm 1 eingeleitet wird. Aufgrund der
Differenzen in dem Teilungsverhältnis
unterscheiden sich die Beispiele und Vergleichsbeispiele auch voneinander
im Hinblick auf den Innendruck des Adsorptionsturms 1 nach
der Beendigung des Waschschrittes 5, denjenigen des Adsorptionsturms
nach dem Ende des Druckerhöhungsschrittes
6 und desjenigen des Gewinnungsbehälters 3 nach der Beendigung
des Waschschrittes 5.
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Das
Teilungsverhältnis
berechnet auf der Basis des Volumens im Normalzustand betrug 85:15
in Beispiel 1, 78:22 in Beispiel 2, 90:10 in Beispiel 3, 60:40 in
Beispiel 4, 95:5 in Beispiel 5, 100:0 in Vergleichsbeispiel 1 und
0:100 in Vergleichsbeispiel 2. In dem Vergleichsbeispiel 1 wurde
das teilweise angereicherte Sauerstoffgas, welches in dem Desorptionsschritt
(SCHRITT 2) gewonnen wurde, vollständig in dem Waschschritt (SCHRITT
5) eingesetzt und nichts davon wurde in dem Druckerhöhungsschritt (SCHRITT
6) verwendet. In dem Vergleichsbeispiel 2 wurde das teilweise angereicherte
Sauerstoffgas, welches in dem Desorptionsschritt (SCHRITT 2) gewonnen
wurde, vollständig
in dem Druckerhöhungsschritt
(SCHRITT 6) eingesetzt und kein Teil davon wurde in dem Waschschritt
(SCHRITT 5) verwendet.
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Aus
den 4 und 5 geht hervor, dass eine hohe
Ausbeutung an Produktgas (sauerstoffreichem Gas) erlangt wird, wenn
das Teilungsverhältnis,
berechnet auf der Basis des Volumens im Normalzustand, im Bereich
von 65:35 bis 97:3 liegt. Außerdem
ist ersichtlich, dass eine besonders hohe Ausbeutung von Produktgas
er folgt, wenn das Teilungsverhältnis,
berechnet auf der Basis des Volumens im Normalzustand, in dem Bereich
von 75:25 bis 93:7 liegt.
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Auf
diese Weise ist es erfindungsgemäß möglich, die
Ausbeutung an Produktgas zu fördern, indem
das in dem Desorptionsschritt gesammelte Gas in dem Adsorptionsturm
sowohl für
das Waschen des Adsorptionsturms als auch für die Wiedererhöhung des
Drucks nach der Beendigung des Desorptionsschritts eingesetzt wird.