DE69129288T2

DE69129288T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Abtrennung durch Adsorption von mindestens einem Bestandteil einer Gasmischung

Info

Publication number: DE69129288T2
Application number: DE69129288T
Authority: DE
Inventors: Michel F-77240 Vert Saint Denis Boudet; Jean-Marc F-78170 La Celle Saint Cloud Scudier; Xavier F-78220 Viroflay Vigor
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 1990-10-11
Filing date: 1991-10-11
Publication date: 1999-01-07
Anticipated expiration: 2011-10-12
Also published as: FR2667801B1; US5133784A; DE69129288D1; FR2667801A1; EP0480840B1; AU8561891A; ATE165249T1; BR9104403A; AU636095B2; ES2118078T3; EP0480840A1; JPH05137938A; CA2053213A1

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Abtrennung mindestens eines Bestandteils von einem gasförmigen Gemisch mittels Adsorption, bei dem das gasförmige Gemisch während eines Adsorptionszyklus in eine von zahlreichen Adsorptionsmittelmassen strömt, wobei der Zyklus mindestens eine Adsorptionsphase bis zu einem Zyklushochdruck und eine Desorptionsphase bis zu einem Zyklusniederdruck umfaßt und der Zyklushochdruck mindestens doppelt so hoch wie der Zyklusniederdruck ist.
Bei den derzeit bekannten industriellen Anwendungen sind die verschiedenen Adsorptionsmittelmassen in einer Vielzahl von Gefäßen angeordnet, und zwar je nach Druckzyklus mit oder ohne Hilfskapazität.
Der Vorteil dieser Verfahren mit Druckänderung, den sog. PSA-Verfahren, ist, daß sie eine hohe Ausbeute und folglich einen geringen Energieverbrauch aufweisen. Dagegen bleibt die Produktivität (Nm³/h Gasprodukt pro m³ Adsorptionsmittel) niedrig, derzeit in dem Bereich von 15 bei der Produktion von Sauerstoff mittels Zerlegung von Luft.
Ein bezüglich Zerlegungsenergie und Ausbeute effizienter Zyklus benötigt die größtmögliche Anzahl an Behältern (Adsorbern), um einen komplexen Zyklus durchzuführen, jedoch werden dann die Investitionskosten sehr hoch. Derzeit liegt der Kompromiß bei der Produktion von Sauerstoff mittels Zerlegung von Luft zwischen 2 und 3 Adsorbern.
Eine Industrieanlage arbeitet also für einen möglichst kontinuierlichen Betrieb der sich drehenden Maschinen (Verdich ter, ggf. Vakuumpumpe) mit Rohren, Ventilen, von denen bestimmte gesteuert sein müssen, mindestens zwei, im allgemeinen jedoch drei Adsorbern und einem Automat zur Durchführung des Zyklus. Jedoch sind die Investitionskosten für solche Einheiten hoch, insbesondere wegen der Kosten des Adsorptionsmittels, von dem große Mengen erforderlich sind.
Zur Senkung der Investitionskosten wird bei einer Lösung die Zyklusdauer verkürzt, um das Adsorptionsmittel häufiger arbeiten zu lassen (und folglich dessen Menge proportional zu senken). Aber es treten dann verschiedene Probleme auf, nämlich zum einen hinsichtlich des Betriebs der Ventile, die häufiger beansprucht werden, was zu deren Verschleiß führt, und die sehr kurze Öffnungs/Schließzeiten haben müssen, was deren Preis erhöht, zum anderen hinsichtlich der Abnützgeschwindigkeit und der zusätzlichen Druckverluste, so daß die Durchtrittsfläche vergrößert und die Dicke der Schicht verringert werden muß, was zu komplexen und teuren Adsorbern führt, und schließlich hinsichtlich des Aufrechterhaltens des Wirkungsgrades, denn bei kurz dauernden Schritten wird die Adsorptionskinetik ungünstiger und, um dem zu begegnen, muß die Korngröße verringert werden, was zu einer Vergrößerung der vorstehend genannten Probleme führt.
Nach unserem Wissensstand gehen derzeit die industriellen Anlagen dieser Gattung bei Einheiten mit zwei Adsorbern nicht unter eine Zyklusdauer von 2 · 45 Sekunden. Dies gilt für industrielle Anlagen mit beträchtlicher Leistung, z. B. mit einer Sauerstoffproduktion von mehr als 5 Tonnen/Tag.
Zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten wurden einige Lösungen vorgeschlagen, aber keine ermöglichte bisher, Vorrichtungen industriellen Maßstabs herzustellen.
Es handelt sich insbesondere um Anlagen, die Verfahren mit schnellen Druckschwankungen oder sogenannte "parametrische Pump-Verfahren" nutzen. Diese Verfahren nutzen sehr kurze Zyklen (weniger als 1 Sekunde bis zu einigen Sekunden) auf feinkörnigen Schichten, die einen beträchtlichen Druckverlust haben müssen. Die Abtrennung von Sauerstoff von Luft wird insbesondere durch Druckwellen ausgelöst. Dieses Verfahren ermöglicht Produktivitäten von mehr als 100 Nm³/m³, es ist aber extrem energieaufwendig und führt zu einer geringen Ausbeute. Zudem werden die Abnutzungserscheinungen des Adsorptionsmittels beträchtlich und außerdem sind Ventile erforderlich, die bisweilen in einer zehntel Sekunde schalten.
Es gibt Ventile oder Drehverteiler, die im Kreis angeordnete Adsorber oder einen zylindrischen Adsorber versorgen, der in Sektoren unterteilt ist, um die Anzahl an Ventilen und Rohren zu verringern und einem mehr oder weniger kontinuierlichen Verfahren näher zu kommen, aber die Gasströmung in dem Adsorber verläuft im allgemeinen in longitudinaler Richtung. Die Zyklen dauern lang und die so durchgeführten Zyklen sind, da sie die Technologie des sich drehenden Verteilers anwenden, unzureichend und zudem wenig leistungsfähig. Die Produktivität bleibt vergleichbar mit herkömmlichen Verfahren.
Es ist auch ein sich drehender Adsorber bekannt, der meist diskontinuierlich arbeitet und in Sektoren unterteilt ist, in denen das Gas immer in longitudinaler Richtung strömt. Die Quantität und die Qualität der bei einer Industrieanlage im Zentrum anzuordnenden Adsorptionsmittelsiebe sind nicht mit der Rotationstechnologie kompatibel. In der PCT/A/WO 86/06056 wurde schon ein System zur Produktion von Ozon vorgeschlagen, bei dem Ozon durch Abtrennung von einem Sauer stoff/Ozon-Gemisch mittels selektiver Adsorption gewonnen wird, und es wird ein Ausführungsschema mit sektoriellen Adsorptionsmittelkammern beschrieben, die bei horizontaler Strömung des Gases drehbar rings um eine vertikale Achse angeordnet sind, aber eine solche Auslegung setzt einen beträchtlichen Entwicklungsaufwand voraus, wenn Verfahren mit beträchtlichen Druckschwankungen zwischen dem hohen Druck und dem niedrigen Druck des Zyklus und/oder wesentlich komplexere Zyklen durchgeführt werden sollen.
Die US-A-1 590 266 beschreibt eine Vorrichtung mit sektoriellen, adsorbierenden Kammern, die drehbar rings um eine vertikale Achse angeordnet sind, zur Durchführung eines Trennverfahrens mittels Adsorption bei Temperaturänderung, eines sog. TSA-Verfahrens, mit sehr langer Zyklusdauer und niedriger Drehzahl.
Die Erfindung hat die Aufgabe, die Vorteile der vorgeschlagenen Lösungen zur Adsorption mit Druckänderung bei gleichzeitiger Beseitigung der Nachteile zu vereinen, nämlich eine hohe Produktivität mit hohem Wirkungsgrad und geringe Investitionskosten, und gleichzeitig eine industriell einsetzbare Ausführung vorzuschlagen.
Diese Aufgaben sind erfindungsgemäß gelöst bei einem Verfahren, bei dem ein Adsorptionsmittel mit einer Korngröße kleiner 1,7 mm in einer Vielzahl von sektoriellen Massen rings um eine Achse angeordnet wird, wobei die Zahl der Massen größer als die Anzahl der unterschiedlichen Phasen eines Adsorptionszyklus ist, die je Umdrehung durchlaufen werden, daß in dem Adsorptionsmittel ein radialer, zentripetaler oder zentrifugaler Gasfluß in Richtung auf längsgestreckte Kollektoren, von denen einer radial innenseitig, der andere radial außenseitig von den sektoriellen Adsorptionsmittelmassen angeordnet ist, erzeugt wird, und daß den sektoriel len Massen eine gleichförmige Rotationsgeschwindigkeit erteilt wird, die zwischen ungefähr 2 und 20 U/min liegt.
Die Erfindung hat auch eine Vorrichtung zur Abtrennung mindestens eines gasförmigen Bestandteiles aus einem gasförmigen Gemisch mittels Adsorption bei zyklischer Druckänderung zum Gegenstand, umfassend eine Vielzahl von Adsorptionseinheiten, die jeweils eine Adsorptionsmittelmasse enthalten, und Mittel zur aufeinanderfolgenden Speisung und zur Entnahme von Gas aus verschiedenen Adsorptionseinheiten, um einen Adsorptionszyklus zu durchlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptionseinheiten jeweils als Kreissektoren ausgebildet und in einer rohrförmigen Gehäusekonstruktion angeordnet sind, die je Adsorptionseinheit einen inneren, längsgestreckten Kollektor und einen äußeren, längsgestreckten Kollektor, der mit einem radial angeordneten Endkollektor verbunden ist, begrenzt, wobei die rohrförmige Gehäusekonstruktion um eine Achse drehbar auf einem stationären Träger mit einer koaxial zu der Achse angeordneten Außenfläche angeordnet ist, der im wesentlichen dichtend mit einer Innenfläche der Gehäusekonstruktion zusammenwirkt und der stationäre Träger eine erste und eine zweite Gruppe von Kammern hat, die axial versetzt sind, jeweils mit einer ersten und einer zweiten Reihe von rings um die Achse verteilten Kanälen versehen sind, die in die Außenfläche münden und selektiv mit einer ersten und einer zweiten Reihe von rings um die Achse verteilten Öffnungen zusammenwirken, die in die Innenfläche der rohrförmigen Gehäusekonstruktion münden und mit den inneren, längsgestreckten Kollektoren bzw. den radial angeordneten Endkollektoren der Adsorptionseinheiten verbunden sind, daß die Anzahl der Kreissektoren größer als die Zahl der unterschiedlichen Phasen des Adsorptionszyklus je Umlauf ist, daß sie Mittel zur gleichförmigen Drehung der rohrförmigen Gehäusekonstruktion mit einer Dreh zahl zwischen ungefähr 2 und 20 U/min umfaßt, und daß das Adsorptionsmittel eine Korngröße von kleiner 1,7 mm hat.
Die Erfindung erlaubt so, alle Arten von mehr oder weniger komplizierten Zerlegungszyklen auf einfache Weise durchzuführen.
Vorzugsweise sind die verschiedenen Kammern in einem zylindrischen Verteilerkasten gruppiert, der im Inneren des Wellenlagerträgers der sektoriellen Adsorbtionsmittelbereiche angeordnet ist.
Der so durchgeführte Zyklus kann sehr komplex und folglich bis zum Äußersten leistungsfähig gemacht werden; er hängt von der Anzahl der geschaffenen Bereiche ab: Adsorptionszone, Ausgleichszone, Spülzone, Elutionszone, Nachverdichtungszone, etc. Solch komplexe Zyklen konnten nach dem Stand der Technik nur mit einer großen Anzahl an Gefäßen durchgeführt werden, was die Investitionskosten erhöht (Anzahl an Ventilen, Rohren) und die Abmessungen vergrößert.
Vorversuche haben gezeigt, daß die Zyklusdauer mit feinkörnigem (kleiner 1,7 mm) Adsorbtionsmittel (Aluminiumoxid) um 9 Sekunden verkürzt werden kann, was Produktivitäten von mehr als 100 Nm³/h/m³ und bei Zerlegung von Luft eine Ausbeute von mehr als 30% Sauerstoff ergibt.
Um schließlich die Probleme hinsichtlich der Druckverluste zu unterbinden, ist die radiale Dicke des Adsorptionsmittels, das das Gas in horizontaler Richtung durchströmt, minimal. Versuche haben gezeigt, daß bei der Produktion von Sauerstoff zur Gewährleistung einer guten Zerlegung des gasförmigen Gemisches bei den derzeit üblichen Adsorptionsmitteln die radiale Dicke des Adsorptionsmittels nicht kleiner als 30 cm sein darf.
Insbesondere ist anzumerken, daß die horizontale Strömung eine beträchtliche Erhöhung der Grenzgeschwindigkeit erlaubt, die durch den Verschleiß bestimmt wird.
Das Verfahren nach der Erfindung ist vollkommen kontinuierlich, und zwar ohne Ventil, ohne Röhrensystem, ohne Automat und ohne Steuerung.
Zudem kann dieser Adsorbertyp als standardisiertes Modul ausgeführt sein: Zum Beispiel 10 t/Tag Sauerstoff (d. h. weniger als 3 m³ Adsorptionsmittel bei einem Durchmesser von 2 m und einer Höhe von 2 m) und die industriellen Einheiten bestehen aus Maschinen (Verdichter, wenn erforderlich Vakuumpumpen) und der erforderlichen, das Gesamtleistungsvermögen aufweisenden Anzahl an Adsorptionsmodulen (aus 5 sich drehenden Adsorbern für 50 t/Tag).
Diese modulare Ausführung erlaubt eine ständige Wartung des Materials (Abschalten von nur einem der Adsorber) und eine Regelung der herzustellenden Menge von 0 bis 100%, insbesondere durch Einstellung der Drehzahl, eine Regelung der Reinheit zwischen 22 und 95%, was derzeit bei einer herkömmlichen Einheit des Typs mit Gefäßen und Ventilen nahezu unmöglich ist, bei denen schon das Ersetzen eines Ventils das Herabfahren der gesamten Anlage erforderlich macht, während das Erlangen eine flexible Mengensteuerung eine sehr komplexe Regelung notwendig macht.
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgender Beschreibung der Zeichnung deutlich, bei der
Fig. 1 einen vertikalen Schnitt der Zerlegungsvorrichtung nach der Erfindung zeigt;
Fig. 2 einen horizontalen Schnitt entlang der Linie F&sub2;-F&sub2; in Fig. 1 zeigt;
Fig. 3 einen horizontalen Schnitt entlang der Linie F&sub3;-F&sub3; in Fig. 1 zeigt.
Die Zeichnung zeigt eine Vorrichtung nach der Erfindung, die eine an einer drehbaren, meist vertikalen Tragwelle 2 befestigte Adsorptionseinheit 1 und eine stationäre Gasverteilungsanordnung 3 aufweist.
Die Adsorptionseinheit besteht aus einer Vielzahl von sektoriellen, rings um die Welle 2 angeordneten Kammern 11, die sich nach oben über nahezu die gesamte Länge der Welle 2 erstecken und die in einer horizontalen Ebene die Form von trapezartigen Sektoren mit kurzen Schenkeln 12 und langen Schenkeln 13, welche auf konzentrischen Kreisen um die Achse der Welle 2 liegen, und radiale Seitenwände 14, 15 aufweisen, wobei das Ganze einen Kranz aus identischen Kammern bildet, die fest an der Tragwelle 2 befestigt sind.
Die sektoriellen Kammern 11 sind mit Adsorptionsmittel 16 gefüllt. Die kurzen Schenkel 12 und die langen Schenkel 13 sind in Form von gelochten Panelen oder Gittern ausgebildet, so daß Gasdurchtrittsöffnungen vorhanden sind, während die planen Seitenwände 14 und 15 sich radial in Richtung der Tragwelle 2 und radial nach außen über die Schenkel 12 und 13 hinaus erstrecken, so daß je sektorieller Kammer 11 radial innenseitig mit der äußeren Seitenwand der Tragwelle 2 ein erster Gaskollektor 18 und radial außenseitig mit einer äußeren Wand 20 ein zweiter Kollektor 19 entsteht.
Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform beträgt die Winkelöffnung einer Kammer 11 ungefähr 15º, so daß insgesamt 24 Kammern 11 rings um die Tragwelle 2 angeordnet sind.
Die Tragwelle 2 ist eine Hohlwelle, die an einem seinerseits hohlen, inneren Lager 22 befestigt ist, das drehbar am Ende einer vertikalen Säule 23 befestigt ist. Die Tragwelle 2 wird mittels eines Elektromotors mit Getriebe, der nicht beschrieben ist, um die Säule 23 gedreht.
Die Gasverteilungsanordnung 3 besteht aus einem ortsfesten, zylindrischen Kasten, der abgedichtet verschiebbar im Inneren des hohlen Lagers 22 befestigt ist, wobei das obere Ende des Lagers 22 und der Tragwelle 2 oben über die obere Abschlußwand 24 der sektoriellen Kammern 11 vorsteht.
Die Seitenwände 14 und 15 der verschiedenen sektoriellen Kammern 11 sowie die Stirnwand 20 erstrecken sich auch nach oben und bilden mit einer im wesentlichen radialen ringförmigen Wand 25 genauso viele im wesentlichen radiale Leitungen 26 wie es sektorielle Kammern 11 gibt, welche Leitungen jeweils mit einem externen Kollektor 19 in Verbindung stehen, der mit einer sektoriellen Kammer 11 im Zusammenhang steht.
Die inneren Kollektoren 18 stehen mit dem Kasten 31 über fluchtende Perforationen 32 der Welle 2 und 33 des Lagers 22 in Verbindung, die jeweils in der gleichen Anzahl wie die sektoriellen Kammern 11 (24 in der Zeichnung) vorliegen. Genauso stehen die äußeren Kollektoren 19 mit dem Kasten 31 über die radialen Leitungen 26 und eine zweite Reihe fluchtender Perforationen 34 der Welle 2 und 35 des Lagers 22 in Verbindung. Diese liegen ebenfalls in der gleichen Anzahl wie die sektoriellen Kammern 11 vor.
Der Kasten 31 hat an seiner zylindrischen Seitenwand 36 eine Doppelreihe Perforationen 37, 38, die in Umfangsrichtung den gleichen Winkel oder ein Vielfaches des Winkels aufspannen, den die Perforationen (32-33) und (34-35) aufspannen, und die jeweils in derselben Höhe angeordnet sind.
Der zylindrische Kasten ist selbst in mehrere Kammern unterteilt, und zwar durch eine transversale (horizontale), sich auf einem Zwischenniveau zwischen den Perforationen (32-33- 37) einerseits und (34-35-38) andererseits erstreckenden Wand 41, und unterhalb der horizontalen Wand 41 durch eine vertikale Mittelwand 42. Während der gleichzeitigen Drehung der Tragwelle 2 und des Lagers 22 befinden sich die Perforationen 37 der zwei Kammern 43 und 44, die durch die Wände 41 und 42 begrenzt sind, nacheinander gegenüber den verschiedenen, sich gleichzeitig drehenden Perforationen 32 und 33. Die Kammer 43 ist über ein Rohr 45 mit einer Quelle für zu behandelndes Gasgemisch verbunden, während die Kammer 44 mit einem Rohr 46 für zu entnehmendes Restgas verbunden ist.
Der obere Bereich des Kastens 31 ist in Höhe der beweglichen Perforationen 34 und 45 und der Perforationen des Kastens 38 durch zwei Wände 50 und 51, die sich beidseits einer axialen Mittelebene in Längsrichtung erstrecken, selbst in drei Kammern 47, 48, 49 unterteilt.
Die Kammer 47 mit lotrechter Stellung der Kammer 43 ist über eine Entnahmeleitung für das Produktionsgas 52 nach außen verbunden, wogegen die Kammer 48 über eine Leitung 53 mit einem Produktionsgasreservoir verbunden ist, während die Kammer 49 eine Ausgleichskammer ist, die außer den oberen Perforationen 38 keine Verbindung nach außen hat.
Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:
Während der Drehung der beweglichen Anordnung, die aus dem Lager 22, der Tragwelle 2 und den verschiedenen sektoriellen Kammern 11 besteht, durchläuft eine Kammer 11 folgenden Phasen:
a) eine Phase zur Produktion unter Druck, wenn die Perforationen 32-33 einerseits und 34-35 andererseits gegenüber den Perforationen 37 bzw. 38 liegen (angegeben durch 37a: Fig. 2 und 38a: Fig. 3), die in die Kammer 43 bzw. 47 münden. Ein zu behandelndes Gasgemisch wird über die Leitung 45 in die Kammer 43 eingeleitet und strömt über die einander gegenüberliegenden Perforationen 37 (37a) 33-32 zu dem inneren Verteilungskollektor 18 und strömt von dort im wesentlichen horizontal und radial nach außen durch die Adsorptionsmittelmasse 16, um in den äußeren Kollektor 19 und dann in die Leitungen 26 und über die Perforationen 34, 35, 38 (38a) zu der Kammer für Produktionsgas 47 zu fließen und von dort über die Leitung 52 entnommen zu werden.
Diese Produktionsphase betrifft also mehrere sektorielle Kammern 11 gleichzeitig und aufeinanderfolgend. Wenn so die Kammern 43 und 47 in Umfangsrichtung sechs Perforationen 37 (37a) der Versorgungskammer 43 und folglich auch sechs Perforationen 38 (38a) der Entnahmekammer 47 (bei insgesamt 24 Perforationen) abdecken, sind ständig sechs sektorielle Kammern 11 gleichzeitig in Produktionsphase und erreicht, wenn sich eine sektorielle Kammer 11 über die letzte Perforation 37 (37a) der Versorgungskammer 43, folglich über die letzte Perforation 38 (38a) der Entnahmekammer 47 entleert, eine andere sektorielle Kammer 11 die erste Perforation 37 (37a) der Versorgungskammer 43 und folglich die erste Perforation 38 (38a) der Entnahmekammer 47.
Da die Drehbewegung der beweglichen Einheit hier als kontinuierliche Drehbewegung beschrieben ist, muß die Verbindungsdauer der sektoriellen Adsorptionsmittelkammern 11 maximal sein. In anderen Worten verfährt man so, daß die Dauer der vollständigen Abdeckung zwischen zwei Perforationen 37a (oder 38a) auf ein absolutes Minimum und vorzugsweise auf Null gesenkt wird, was hier für die ringförmig angeordneten Perforationen bedeutet, daß der Zwischenraum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Perforationen 37 und auch zwei aufeinanderfolgenden Perforationen 38 in Umfangsrichtung so klein wie möglich ist. Der Durchmesser der Perforationen 37, 38 kann also ausreichend groß gemacht werden, damit ein Satz an ständig fluchtenden Perforationen (32-33) oder (34-35) der beweglichen Anordnung ständig in die Versorgungskammer 43 bzw. Entnahmekammer 47 mündet, und zwar dadurch, daß während desjenigen Teils der Dauer der Drehung, währenddessen ein Teil der Perforationen (32-33) (34-35) von der vollkommen mit einer Perforation (37) bzw. (38) fluchtenden Stellung in die vollkommen mit der nachfolgenden Perforation (37) (38) fluchtende Stellung in Umfangsrichtung gelangt, gleichzeitig mit der zunehmenden Abdeckung der ersten Perforation (37-38) eine zunehmende Öffnung der nächsten Perforation (37) (38) erfolgt.
Es sei angemerkt, daß in solchen Fällen der Übergang von einer Betriebsphase zu der nächsten, beispielsweise von der beschriebenen Produktionsphase zu der Druckabbauphase mittels Druckausgleich, die darauf folgt, eine gleichzeitige vorübergehende Abdeckung der Kanäle in Richtung der Produktions- und Ausgleichskammern einschließt, und was einfach dadurch realisiert werden kann, daß einer der Übergangsdurchlässe (37) (38) der Verteilungskammer 31 verschlossen wird, wie bei 37b, 38b in den Fig. 2 und 3 angegeben.
b) eine Druckabbauphase mittels Druckausgleich: wenn die Perforationen (34-35) gegenüber den Perforationen (38) (in Fig. 3 mit 38c gekennzeichnet) in Höhe der Ausgleichskammer 49 zu liegen kommen, während die korrespondierenden Perforationen 37 (37c) der Kammer 43 entweder nicht existieren oder in diesem Winkelbereich der Ausgleichskammer 49 abgedeckt sind; in dem Adsorptionsmittel 16 zurückgehaltenes Gas entweicht dann immer in Richtung des Pfeils F, d. h. horizontal, radial nach außen, d. h. in Richtung des Kollektors 19, der Leitung 26, der Perforationen 34, 35, 38 (38c), der Ausgleichskammer 49, um über die Perforationen 38 g zusammenzuströmen und drei Kammern 11 teilweise erneut unter Druck zu setzen, die in Umfangsrichtung versetzt sind und was - nach Spülung - die Phase des erneuten Unterdrucksetzens mittels Druckausgleich beendet.
Es gibt genauso viele aufeinanderfolgende Druckausgleichvorgänge wie es Ausgleichskammern 49 gibt (d. h. ein einziger Druckausgleich in der Zeichnung). Beispielsweise kann die Ausgleichskammer 49 in Längsrichtung in drei einzelne Ausgleichskammern unterteilt sein, so daß einem ersten Druckabbau durch Druckausgleich ein letzter, erneuter Druckaufbau durch Druckausgleich, einem zweiten Druckabbau durch Druckausgleich ein zweiter, erneuter Druckaufbau durch Druckausgleich und ein letzter Druckabbau durch Druckausgleich ein erster, erneuter Druckaufbau durch Druckausgleich entspricht.
c) eine Spülphase oder einen Druckabbau auf den niedrigen Druck, die sich über die Perforationen 37 (37d) und die Kammer (44) vollzieht (die entsprechenden Perforationen 38 (38d) sind dann entweder nicht existent oder verschlossen), wobei das Restgas dann im Gegenstrom fließt, d. h. immer horizontal, aber radial nach innen zu dem Kollektor 18, den Perforationen 32, 33, 37 (37d), in die Spülkammer 44 und von dort zu dem Restgasrohr 46.
d) eine Elutionsphase, wenn die Perforationen 34-35 gegenüber den Perforationen 38 (38e) der Elutionskammer 48 liegen, während die Perforationen 32-33 immer in Höhe der Perforationen 37e der Spülkammer sind. Elutionsgas - beispielsweise Produktionsgas - strömt dann aus der Leitung 53 zu der Elutionskammer 48 und von dort zu den Leitungen 26 und äußeren Kollektoren 19, um immer das Adsorptionsmittel 16 weitgehend und horizontal, aber radial nach innen, d. h. im Gegenstrom, zu spülen, bevor es über die inneren Kollektoren 18, die Perforationen 32, 33, 37, die Spülkammer 44 und das Restgasrohr 46 entnommen wird.
e) eine Druckaufbauphase durch Druckausgleich, die diejenige ist, die oben im Zusammenhang mit der Phase b) beschrieben wurde, wobei die Perforationen 38 g mit den Perforationen 38c durch die Ausgleichskammer 49 hindurch zusammenwirken.
f) eine abschließende erneute Verdichtungsphase, wenn die Perforationen 34-35 gegenüber den Perforationen 38 g der Kammer für behandeltes Gas 47 liegen, während die Perforationen 32-33 gegenüber den nicht existenten oder abgedeckten Perforationen 37 g liegen, so daß behandeltes, unter dem Zyklushochdruck stehendes Gas durch Strömen in die Kammer 47, die Leitung 26 und den Kollektor 19 eine sektorielle Kammer 11 erneut auf diesen hohen Druck verdichtet.
Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung können auf eine andere als die beschriebene Weise realisiert werden. Die verschiedenen Perforationen an der beweglichen Einheit können als eine Vielzahl von Längsschlitzen ausgebildet sein. Dagegen können an dem festen Verteiler die verschiede nen Durchlässe, die einer gegebenen Kammer zugeordnet sind, in Form eines ringförmigen Schlitzes ausgebildet sein. In dem selben Sinn kann der Verteiler so ausgebildet sein, daß das zu behandelnde Gemisch radial von außen einströmt und das Produktionsgas radial nach innen abgezogen wird.
Die Verteilungseinheit (fester Verteiler und bewegliche Einheit) kann auch aus Dichtigkeitsgründen und zur besseren Zentrierung eine allgemein konische Form haben.
Die Erfindung eignet sich zur Zerlegung von Luft, um Sauerstoff oder Stickstoff zu gewinnen, und auch zur Gewinnung von Wasserstoff, von Kohlendioxid und auch von weiteren Gasen, ausgehend von diese enthaltenden Gemischen.

Claims

1. Verfahren zur Abtrennung mindestens eines gasförmigen Bestandteils von einem gasförmigen Gemisch mittels Adsorption, bei dem das gasförmige Gemisch während eines Adsorptionszyklus in eine von zahlreichen Adsorbtionsmittelmassen strömt, wobei der Zyklus mindestens eine Adsorptionsphase bis zu einem Zyklushochdruck und eine Desorptionsphase bis zu einem Zyklusniederdruck umfaßt und der Zyklushochdruck mindestens doppelt so hoch wie der Zyklusniederdruck ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Adsorptionsmittel mit einer Korngröße kleiner 1,7 mm in einer Vielzahl von sektoriellen Massen rings um eine Achse angeordnet wird, wobei die Zahl der Massen größer ist als die Anzahl der unterschiedlichen Phasen eines Adsorptionszyklus, die je Umdrehung durchlaufen werden, daß in dem Adsorber ein radialer, zentripetaler oder zentrifugaler Gasfluß in Richtung auf längsgestreckte Kollektoren, von denen einer (18) radial innenseitig, der andere (19) radial außenseitig von den sektoriellen Adsorptionsmittelmassen angeordnet ist, erzeugt wird, und daß den sektoriellen Massen eine gleichbleibende Drehgeschwindigkeit erteilt wird, die zwischen ungefähr 2 und 20 U/min liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Darstellungsparameter für den gasförmigen Bestandteil durch Einstellen der Drehzahl eingestellt werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklus mindestens eine Phase zur Einstellung des Gleichgewichts zwischen einer unter dem Zyklushochdruck stehenden sektoriellen Masse und einer unter dem Zyklusniederdruck stehenden sektoriellen Masse umfaßt.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklus eine Phase des abschließenden, erneuten Unterdrucksetzens bis auf den Zyklushochdruck mittels des abgeschiedenen, gasförmigen Bestandteils des gasförmigen Gemisches umfaßt.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Gemisch im wesentlichen aus Stickstoff und Sauerstoff besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 2 und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl auf das Herstellen von Sauerstoff mit einer Reinheit zwischen 22% und 95% eingestellt wird.

7. Vorrichtung zur Abtrennung mindestens eines gasförmigen Bestandteils aus einem gasförmigen Gemisch mittels Adsorption bei zyklischer Druckänderung, umfassend eine Vielzahl von Adsorptionseinheiten, die jeweils eine Adsorptionsmittelmasse enthalten, und Mittel zur aufeinanderfolgenden Speisung und zur Entnahme von Gas aus verschiedenen Adsorptionseinheiten, um einen Adsorptionszyklus zu durchlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptionseinheiten jeweils als Kreissektoren (11) ausgebildet und in einer rohrförmigen Gehäusekonstruktion (2, 20) angeordnet sind, die je Adsorptionseinheit einen in neren, längsgestreckten Kollektor (18) und einen äußeren, längsgestreckten Kollektor (19), der mit einem radial angeordneten Endkollektor (26) verbunden ist, begrenzt, wobei die rohrförmige Gehäusekonstruktion um eine Achse drehbar auf einem stationären Träger (3) mit einer koaxial zu der Achse angeordneten Außenfläche (36) angeordnet ist, der im wesentlichen dichtend mit einer Innenfläche (22) der Gehäusekonstruktion zusammenwirkt und der stationäre Träger (3) eine erste (4, 34) und eine zweite (47, 48, 49) Gruppe von Kammern hat, die axial versetzt sind und jeweils mit einer ersten (37) und einer zweiten (38) Reihe von rings um die Achse verteilten Kanälen versehen sind, die in die Außenfläche münden und selektiv mit einer ersten (32, 33) und einer zweiten (34, 35) Reihe von rings um die Achse verteilten Öffnungen zusammenwirken, die in die Innenfläche der rohrförmigen Gehäusekonstruktion münden und mit den inneren, längsgestreckten Kollektoren (18) bzw. den radial angeordneten Endkollektoren (26) der Adsorptionseinheiten (11) verbunden sind, daß die Anzahl der Kreissektoren (11) größer als die Zahl unterschiedlicher Phasen des Adsorptionszyklusses je Umlauf ist, daß sie Mittel zur gleichförmigen Drehung der rohrfömigen Gehäusekonstruktion mit einer Drehzahl zwischen ungefähr 2 und 20 U/min umfaßt, und daß das Adsorptionsmittel eine Korngröße kleiner 1,7 mm hat.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Dicke des Adsorptionsmittels jeder Adsorptionseinheit (11) nicht kleiner als 30 cm ist.

9. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 und 8 zur Herstellung von Sauerstoff aus Luft.