DE69923487T2

DE69923487T2 - Adsorbens zur Gastrennung

Info

Publication number: DE69923487T2
Application number: DE69923487T
Authority: DE
Inventors: Shigeru Shinnanyo-shi Hirano; Taizo Tokuyama-shi Kawamoto; Toru Tokuyama-shi Nishimura; Keiji Kudamatsu-shi Yoshimura
Original assignee: Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 1998-03-04
Filing date: 1999-03-03
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2019-03-04
Also published as: US6171370B1; DE69923487D1; EP0940174B1; EP0940174A3; EP0940174A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Adsorbens zur Gastrennung, um ein Gasgemisch aus einer Komponente, die leicht adsorbiert wird (Stickstoff), und einer Komponente, die kaum adsorbiert wird (adsorptionsresistente Komponente), zu trennen, und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Insbesondere betrifft das Adsorbens zur Gastrennung der vorliegenden Erfindung ein Adsorbens zur Gastrennung, um ein Gasgemisch durch ein Druckwechseladsorptionsverfahren (nachstehend kurz als PSA-Verfahren bezeichnet) zu trennen. Das durch das PSA-Verfahren unter Verwendung des Adsorbens zur Gastrennung der vorliegenden Erfindung zu trennende und zu gewinnende Gas kann zum Beispiel Sauerstoffgas, Stickstoffgas, Kohlendioxid, Wasserstoff oder Kohlenmonoxid sein.
Unter diesen ist Sauerstoffgas eines der besonders wichtigen Industriegase und wird weit verbreitet für Stahlherstellung, Zellstoffbleiche und ähnliches verwendet. Insbesondere wurde in den letzten Jahren, um die bei Verbrennung an Luft unvermeidliche Erzeugung von NO_x zu reduzieren, praktischerweise sauerstoffangereicherte Verbrennung auf dem Gebiet der Abfallverbrennung, der Glasschmelze und ähnlichem verwendet, und Sauerstoffgas wird wichtig im Hinblick auf Umweltprobleme.
Als industrielles Verfahren zur Herstellung von Sauerstoffgas sind das PSA-Verfahren, eine Tieftemperaturdestillation oder ein Membrantrennverfahren bekannt. Unter diesen wird das PSA-Verfahren, welches vorteilhaft im Hinblick auf die Reinheit des Sauerstoffgases und die Kosten ist, zunehmend angewendet. Das Verfahren zur Herstellung von Sauerstoffgas durch PSA bedeutet, Stickstoffgas in Luft an ein Adsorbens zu adsorbieren und das verbleibende konzentrierte Sauerstoffgas als Produkt zu erhalten. Als zu verwendendes Adsorbens wird ein Adsorbens eingesetzt, das in der Lage ist, selektiv Stickstoffgas zu adsorbieren.
Im Falle der Trennung eines Gasgemisches unter Verwendung eines kristallinen Zeoliths wird die adsorbierbare Komponente selektiv an den kristallinen Zeolith adsorbiert. Zum Beispiel wird im Falle der Herstellung von Sauerstoffgas aus Luft unter Verwendung des PSA-Verfahrens Stickstoff in der Luft selektiv an den kristallinen Zeolith adsorbiert, um die Trennung der Luft auszuführen. Selektive Adsorption des Stickstoffs an den kristallinen Zeolith erfolgt aufgrund der starken Wechselwirkung zwischen Quadrupolmoment des Stickstoffs und der elektrostatischen Anziehungskraft von Kationen im Zeolith. Deshalb wird für das PSA-Verfahren ein kristalliner Zeolith verwendet, in welchem die elektrostatische Anziehungskraft von Kationen hoch ist und die Menge des adsorbierten Stickstoffs groß ist, und es wird ein Adsorbens mit Zeolith vom A-Typ oder X-Typ, welcher z.B. mit Lithiumkationen, Calciumkationen, Strontiumkationen oder Bariumkationen ionenausgetauscht ist, verwendet. Insbesondere ist lithiumausgetauschter Zeolith X, der mit Lithiumkationen ionenausgetauscht ist, ausgezeichnet in der selektiven Adsorption von Stickstoff und wird als ein kristalliner Zeolith verwendet, um mit dem PSA-Verfahren konzentrierten Sauerstoff zu gewinnen.
Zum Beispiel schlägt US-A-3,140,933 einen lithiumausgetauschten kristallinen Zeolith X vor, welcher ausgezeichnet ist in der Menge des im Gleichgewicht adsorbierten Stickstoffs und dem Trennungsfaktor, der aus der Adsorptionsisotherme von Stickstoff und Sauerstoff berechnet wird, und JP-B-5-25527 bestätigt sein Leistungsvermögen.
Im Allgemeinen wird die Trennung eines Gasgemisches in einem Festbett durchgeführt und der Druckabfall im Festbett ist vorzugsweise gering. Zum Beispiel wird im Falle der Gastrennung mit dem PSA-Verfahren, um den Druckabfall im Festbett zu vermindern und die Belastung der Vakuumpumpe oder des Gebläses, welches die PSA-Vorrichtung bildet, zu reduzieren, der kristalline Zeolith zu Kügelchen oder Pellets geformt, indem ein Bindemittel, z.B. ein anorganisches Bindemittel wie Kieselsol oder Aluminiumoxid-Sol, verwendet wird. Ein organischer Zusatzstoff kann abhängig vom Zweck verwendet werden. Im Agglomerat wird von dem kristallinen Zeolith und dem Bindemittel ein Netzwerk aus Makroporen ausgebildet. Wenn die adsorbierbare Komponente an die Adsorptionsstelle des kristallinen Zeoliths, die im Zentrum des Agglomerats existiert, adsorbiert wird, diffundiert die adsorbierbare Komponente in die Makroporen und erreicht die Adsorptionsstelle im Zentrum des Agglomerats. Und die von der Adsorptionsstelle desorbierte adsorbierbare Komponente diffundiert in die Makroporen und wird zur Außenseite des Agglomerats evakuiert. Um das erwartete Leistungsvermögen des Adsorbens zu erhalten, wurden einige Adsorbentien vorgeschlagen, worin sogar die im Zentrum des Agglomerats existierende Adsorptionsstelle wirksam genutzt werden kann, so dass eine hohe Effektivität der Adsorption der adsorbierbaren Komponente geschaffen werden kann.
Zum Beispiel wurde ein Zeolith-Agglomerat zur Gastrennung vorgeschlagen, worin mit Calciumkationen ausgetauschter Zeolith vom A-Typ verwendet wird und das Volumen der Makroporen mindestens 0,3 ml/g beträgt (JP-A-58-124539), oder ein Zeolith-Agglomerat, worin das Verhältnis Volumen der Makroporen/Volumen der Mikroporen zwischen 1 und 4,5 beträgt und das Volumen der Makroporen zwischen 0,3 und 0,7 ml/g beträgt (JP-A-62-283812). Des Weiteren wurde ein Verfahren zur Lufttrennung unter Verwendung eines Adsorbens vorgeschlagen, worin die Porosität des Adsorbens und der durchschnittliche Durchmesser der Makroporen kontrolliert werden (JP-A-9-308810).
Solch ein Adsorbens soll die Adsorptionsrate verbessern, wenn die adsorbierbare Komponente, wie Stickstoff im Falle der Lufttrennung, an den kristallinen Zeolith adsorbiert wird, und die Zeit verringern, die das Gasgemisch mit dem Adsorbens in Kontakt gebracht wird, und dem Phänomen, wenn die adsorbierte adsorbierbare Komponente unter vermindertem Druck desorbiert wird, wird keine Beachtung geschenkt. Da Adsorption und Desorption im PSA-Verfahren wiederholt werden, ist es um die Leistungsfähigkeit des Adsorbens zu erhalten notwendig, nicht nur die Diffusionsrate der adsorbierbaren Komponente zu verbessern, wenn sie adsorbiert wird, sondern auch die Diffusionsrate der adsorbierbaren Komponente, wenn sie desorbiert wird. Dementsprechend kann keines der üblichen Adsorbentien als ein Adsorbens zur Gastrennung betrachtet werden, dessen Leistungsgrad ausreichend verbessert wurde.
Die Gestalt der Adsorbentien zur Gastrennung sind für gewöhnlich zylinderartige Pellets oder in Form von Kügelchen. Die zylinderartigen Pellets und die Kügelchen werden üblicherweise jeweils durch Extrudieren und Taumelgranulierung unter Verwendung von Zentrifugalkraft hergestellt. Makroporen im Innern des Agglomerats sind üblicherweise zusammengefallen und solch ein Problem in der Bildung des Agglomerats ist umso ernster, wenn als Bindemittel ein Ton mit einer Schichtstruktur wie Kaolinton oder Bentonitton verwendet wird. Ein solches Adsorbens weist einen höheren Widerstand gegen Gasdiffusion im Innern des Agglomerats auf und es ist nicht möglich, den zentralen Teil das Adsorbens wirksam zu verwenden.
Die Adsorption der adsorbierbaren Komponente an den kristallinen Zeolith ist ein exothermer Prozess. Die Desorption der adsorbierbaren Komponente vom kristallinen Zeolith ist jedoch ein endothermer Prozess und es wird höhere Energie für die Desorption der adsorbierbaren Komponente benötigt als für die Adsorption der adsorbierbaren Komponente. Dementsprechend ist es erforderlich, die vom kristallinen Zeolith desorbierte adsorbierbare Komponente schnell zur Außenseite des Adsorbens zu evakuieren, um die erwünschte Leistungsfähigkeit der Gastrennung zu erhalten. Insbesondere ist für den Fall, wenn die Menge der an den kristallinen Zeolith adsorbierten adsorbierbaren Komponente groß ist, eine höhere Desorptionsrate erforderlich, um während der Desorption die adsorbierbare Komponente in größerem Umfang zur Außenseite des Adsorbens zu evakuieren. Eine hohe Adsorptionsrate wenn die adsorbierbare Komponente adsorbiert wird ist auch ein wichtiger Gesichtspunkt. Des Weiteren hat der kristalline Zeolith, obwohl das Adsorbens zur Gastrennung in einem Zustand verwendet wird, in welchem Wasser entfernt ist (aktivierter Zustand), eine starke Affinität zu Wasser, und es wird befürchtet, dass Wasser in der Atmosphäre re-adsorbiert werden könnte. Wenn aufgrund von Wasseradsorption Wasser im Adsorbens verbleibt, ist die Adsorptionsstelle für Gas mit Wasser besetzt, dadurch verschlechtert sich die Gastrennung und es wird unwahrscheinlicher, die erwünschte Leistungsfähigkeit zu erhalten.
Zum Beispiel ist es, da die adsorbierte Stickstoffmenge groß ist, im Fall der Verwendung von lithiumausgetauschtem Zeolith vom Faujasit-Typ als ein kristalliner Zeolith zur Lufttrennung mit dem PSA-Verfahren notwendig, eine größere Stickstoffmenge zu adsorbieren und desorbieren als verglichen mit dem Fall der Verwendung eines kristallinen Zeoliths, der z.B. mit Calcium ausgetauscht ist, und falls die Diffusionsrate von Stickstoff während der Adsorption und Desorption nicht angemessen verbessert wird, kann die angemessene Leistungsfähigkeit des Adsorbens nicht erreicht werden. Des Weiteren wird beim Betrieb von PSA, wenn sich die Zeit für den Adsorptions- und Desorptionsschritt verkürzt, Adsorption und Desorption von Stickstoff in einer kurzen Zeitspanne erforderlich, und eine angemessene Leistungsfähigkeit kann nicht erreicht werden, wenn kein Adsorbens verwendet wird, bei welchem die Diffusionsrate während Adsorption und Desorption verbessert ist. Um des Weiteren die Leistungsfähigkeit des Adsorbens selbst nicht zu verschlechtern, ist es erforderlich den Wassergehalt im Adsorbens so gering wie möglich zu machen.
US-A-5,672,195 betrifft ein Verfahren zu Trennung eines Gemisches aus Sauerstoff und Stickstoff in die einzelnen Bestandteile, welches umfasst, dass das zu trennende Gemisch in einem Adsorptionsbereich mit einem für Stickstoff selektiven Adsorbens in Kontakt gebracht wird, wobei das Adsorbens ein agglomerierter Zeolith ist, der ein Si/Al-Verhältnis niedriger als 5, eine Porosität zwischen 0,38 und 0,60 und einen Parameter ak von mindestens 0,5 s^–1 aufweist, wobei der Parameter ak die Kinetik der Adsorption von Stickstoff an das Adsorbens im Adsorptionsbereich in Übereinstimmung mit dem Linear Driving Force Modell charakterisiert, wobei zu verstehen ist, dass die Porosität zwischen 0,25 und 0,60 variieren kann, wenn das Adsorbens ein Zeolith ist, der Lithium enthalt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Adsorbens zur Gastrennung bereit zu stellen, welches ausgezeichnet in der Diffusionsrate von Stickstoff während der Desorption ist und welches Makroporen mit einem durchschnittlichen Porendurchmesser besitzt, welcher geeignet für die Bedingungen ist, um Stickstoff zu desorbieren, um den elektrischen Stromverbrauch durch die PSA-Vorrichtung zur Trennung eines Gasgemisches, insbesondere zur Gastrennung mit dem PSA-Verfahren, zu senken. Es ist ebenso eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Adsorbens zur Gastrennung bereit zu stellen, welches Makroporen besitzt, die vorteilhaft für die Adsorption und Desorption von Stickstoff sind, und welches gleichzeitig ausgezeichnet ist in den Festigkeitseigenschaften, dargestellt durch die Bruchfestigkeit, und welches einen geringen Wassergehalt hat. Des Weiteren soll vorliegende Erfindung ein Verfahren bereit stellen, um solch ein Adsorbens zur Gastrennung leicht herzustellen.
Diese Aufgaben wurden erfüllt durch den überraschenden Fund, dass, aufgrund von Studien über die Makroporenstruktur des Adsorbens zur Gastrennung und die Diffusion von Stickstoff in die Makroporen, ein Adsorbens zur Gastrennung, umfassend ein Bindemittel und einen kristallinen kieselsäurearmen Zeolith vom Faujasit-Typ mit einem molaren Verhältnis SiO₂/Al₂O₃ von 1,9 bis 2,1, wobei der durchschnittliche Durchmesser der Makroporen gleich oder größer als die bei einer Temperatur von 25°C und einem Druck von 33 kPa bestimmte mittlere freie Weglänge von Stickstoff bei der Desorption von Stickstoff von dem Adsorbens ist und mindestens 70% des Gesamtvolumens der Makroporen von Makroporen mit einem Durchmesser gleich oder größer als die bei einer Temperatur von 25°C und einem Druck von 33 kPa bestimmte mittlere freie Weglänge von Stickstoff, besetzt sind, ausgezeichnet ist in der Leistungsfähigkeit der Adsorption und Desorption von Stickstoff, insbesondere in der Diffusionsrate von Stickstoff während der Desorption. Des Weiteren haben sie herausgefunden, dass das gewünschte Adsorbens zur Gastrennung durch Zugabe von Wasser zu einem kristallinen kieselsäurearmen Zeolith vom Faujasit-Typ mit einem molaren Verhältnis SiO₂/Al₂O₃ von 1,9 bis 2,1 und zwischen 5 und 30 Gewichtsteilen eines Bindemittels basierend auf 100 Gewichtsteilen des getrockneten kristallinen kieselsäurearmen Zeolith vom Faujasit-Typ, erhalten werden kann, so dass die Schüttdichte 0,8 bis 1,0 kg/l beträgt, gefolgt von Kneten, Agglomeration, Calcinieren, Ionenaustausch und Aktivierung.
Nun wird vorliegende Erfindung weiter im Detail beschrieben.
Das Adsorbens zur Gastrennung der vorliegenden Erfindung ist ein Adsorbens zur Gastrennung, umfassend ein Bindemittel und einen kristallinen kieselsäurearmen Zeolith vom Faujasit-Typ mit einem molaren Verhältnis SiO₂/Al₂O₃ von 1,9 bis 2,1, wobei der durchschnittliche Porendurchmesser der Makroporen gleich oder größer als die bei einer Temperatur von 25°C und einem Druck von 33 kPa bestimmte mittlere freie Weglänge von Stickstoff bei der Desorption von Stickstoff von dem Adsorbens ist und mindestens 70% des Gesamtvolumens der Makroporen von Makroporen mit einem Durchmesser gleich oder größer als die bei einer Temperatur von 25°C und einem Druck von 33 kPa bestimmte mittlere freie Weglänge von Stickstoff, besetzt sind.
Wenn zum Beispiel Gase mit dem PSA-Verfahren getrennt werden, wobei ein Adsorptionsschritt und ein Desorptionsschritt wiederholt werden, wird während des Adsorptionsschrittes Druck auf das Adsorbens ausgeübt und es erfolgt hauptsächlich molekulare Diffusion, wobei Moleküle diffundieren, während sie in den Makroporen des Adsorbens aneinander stoßen. Der Desorptionsschritt wird jedoch unter vermindertem Druck durchgeführt und in den Makroporen des Adsorbens finden häufig Stöße von Molekülen gegen die Wand von Makroporen statt, zusätzlich zur Molekularbewegung durch die molekulare Diffusion. Dementsprechend ist der Diffusionswiderstand im Adsorbens während des Desorptionsschritts größer als während des Adsorptionsschritts. Für den Fall, dass der durchschnittliche Durchmesser der Makroporen kleiner als die bei einer Temperatur von 25°C und einem Druck von 33 kPa bestimmte mittlere freie Weglänge von Stickstoff bei der Desorption von Stickstoff ist, oder für den Fall, dass weniger als 70% des Gesamtvolumens der Makroporen von Makroporen mit einem Durchmesser gleich oder größer als die bei einer Temperatur von 25°C und einem Druck von 33 kPa bestimmte mittlere freie Weglänge von Stickstoff, besetzt sind, ist deshalb der Diffusionswiderstand von Stickstoff im Innern der Makroporen groß, wodurch die angemessene Leistungsfähigkeit des Adsorbens zur Gastrennung nicht erhalten werden kann.
Des Weiteren wird bevorzugt, dass das Adsorbens zur Gastrennung ein gesamtes Makroporenvolumen von mindestens 0,25 cc/g und eine Porenoberfläche von mindestens 20 m²/g aufweist. Üblicherweise ist der Großteil der Makroporen des Adsorbens zur Gastrennung von Poren besetzt, die einen Porendurchmesser von mindestens 1000 Å aufweisen. Wenn jedoch die Makroporen nur von derartigen Poren mit einem vergleichsweise großen Durchmesser gebildet werden, neigt die Bruchfestigkeit des Adsorbens dazu, schwach zu sein. Indem in geeigneter Weise Poren mit einem vergleichsweise kleinen Durchmesser (zum Beispiel kleiner als 1000 Å) zwischen die Poren mit vergleichsweise großem Durchmesser eingebaut werden, kann ein Adsorbens, welches in den Festigkeitseigenschaften ausgezeichnet ist, erhalten werden, ohne das Gesamtvolumen der Makroporen zur verringern. Des Weiteren können derartige Poren mit einem vergleichsweise kleinen Durchmesser als Weg für Gase dienen, wodurch der Diffusionswiderstand der adsorbierbaren Komponente während der Adsorption klein gemacht werden kann, weil die mittlere freie Weglänge der adsorbierbaren Komponente klein ist während des Adsorptionsschrittes, in welchem der Druck hoch ist.
Die Makroporen im Adsorbens zur Gastrennung vorliegender Erfindung sind Poren mit einem Porendurchmesser im Bereich von 60 Å bis 200 μm, gemessen mit dem Verfahren der Quecksilber-Porosimetrie in einem Druckbereich von 6,9 bis 206842, kPa (1 bis 30000 psi). Der durchschnittliche Porendurchmesser der Makroporen kann aus dem Verhältnis zwischen dem mit dem Verfahren der Quecksilber-Porosimetrie erhaltenen Porendurchmesser und dem Porenvolumen (Porendurchmesser-Verteilungskurve) erhalten werden, als ein Durchmesser bei 50% des gesamten Porenvolumens (mittlerer Durchmesser) oder ein Durchmesser, wenn die Steigung der Porendurchmesser-Verteilungskurve maximal ist (modaler Durchmesser).
Die mittlere freie Weglänge von Stickstoff ist die mittlere Entfernung, die Stickstoffmoleküle während der fortlaufenden Zusammenstöße zurücklegen. Die mittlere freie Weglänge kann aus dem Druck und der Temperatur im Stadium der Desorption von Stickstoff vom Adsorbens durch das PSA-Verfahren berechnet werden, bezogen auf ALBERTY PHYSICAL CHEMISTRY (Vierte Auflage), 312–314, von ROBERT A. ALBERTY; KAGAKU-GIJYUTU PUBLISHING CO., LTD.
Der Zeolith für das Adsorbens zur Gastrennung der vorliegenden Erfindung ist ein kristalliner kieselsäurearmer Zeolith vom Faujasit-Typ mit einem molaren Verhältnis SiO₂/Al₂O₃ von 1,9 bis 2,1 (nachstehend als LSX-Zeolith bezeichnet). Das molare Verhältnis SiO₂/Al₂O₃ des LSX-Zeoliths beträgt theoretisch 2,0. Wenn man jedoch Messfehler der Analyse der chemischen Zusammensetzung berücksichtigt, wird deutlich, dass der LSX-Zeolith einer Zusammensetzung mit einem molaren Verhältnis SiO₂/Al₂O₃ von 1,9 bis 2,1 innerhalb des Umfangs vorliegender Erfindung ist. Es wurden viele Verfahren zur Herstellung eines LSX-Zeoliths mit einem molaren Verhältnis SiO₂/Al₂O₃ von 1,9 bis 2,1 offenbart. Zum Beispiel ist es möglich, den LSX-Zeolith mit einem in JP-B-5-25527 offenbarten Verfahren herzustellen.
Im Fall der Verwendung des LSX-Zeoliths als Adsorbens zur Gastrennung ist die Trennwirkung umso ausgezeichneter, je höher die Kristallreinheit des LSX-Zeoliths ist, und die Kristallreinheit des Zeoliths beträgt vorzugsweise mindestens 90%. Messungen der Kristallreinheit des LSX-Zeoliths können zum Beispiel durch ein Pulver-Röntgenbeugungsverfahren, durch Messung der adsorbierten Gasmenge, durch Messung der adsorbierten Wassermenge oder durch NMR-Verfahren durchgeführt werden.
Als Bindemittel in Form von Fasern, das für das Adsorbens zur Gastrennung der vorliegenden Erfindung verwendet werden soll, wird, um Makroporen der vorliegenden Erfindung zu bilden, ein Bindemittel aus Kristallnadeln in Form von Fasern bevorzugt, welches Sepiolitton oder Attapulgitton enthält und welches als ein Bindemittel zwischen LSX-Zeolith-Teilchen im Adsorbens existiert. Solche Tone können alleine oder als Gemisch zweier oder mehrerer davon verwendet werden.
Falls ein Bindemittel in Form von Plättchen verwendet wird, besteht die Möglichkeit, dass das Bindemittel aufgrund der Form die Diffusion der adsorbierbaren Komponente verhindert. Des Weiteren wird Wasser während des Calcinierens nach dem Formen nicht schnell entfernt, wodurch die Möglichkeit besteht, dass der Kristall des LSX-Zeoliths zerstört wird.
Das Adsorbens zur Gastrennung der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise in Form von Kügelchen, und die Form ist nicht sonderlich begrenzt, so lange sie die Kennzeichen des Adsorbens zur Gastrennung vorliegender Erfindung aufweist, und kann zum Beispiel sphärisch oder elliptisch sein. Um angemessen die erwünschte Leistungsfähigkeit des Adsorbens zur Gastrennung zu erhalten, beträgt der Durchmesser vorzugsweise 0,5 bis 5 mm, unter Beachtung der Größe des zu packenden Geräts, des Druckabfalls im Festbett oder des Diffusionswiderstandes im Innern des Agglomerats.
Im Hinblick auf das Zusammensetzungsverhältnis des LSX-Zeoliths zum Bindemittel im Adsorbens zur Gastrennung der vorliegenden Erfindung, unter Beachtung der Makroporenstruktur und der Festigkeitseigenschaften des Agglomerats, beträgt das Zusammensetzungsverhältnis des LSX-Zeoliths üblicherweise bevorzugt 5 bis 30 Gewichtsteile.
Es ist vorzuziehen, dass der Wassergehalt des Adsorbens zur Gastrennung so klein wie möglich ist, und das Adsorbens mit einem Wassergehalt von höchstens 0,8 Gew.-%, speziell höchstens 0,5 Gew.-%, zeigt eine zufrieden stellende Leistungsfähigkeit der Adsorption und wird bevorzugt verwendet.
Nun wird das Verfahren zur Herstellung des Adsorbens zur Gastrennung der vorliegenden Erfindung erklärt.
Das Verfahren umfasst das Zugeben von Wasser zu einem kristallinen kieselsäurearmen Zeolith vom Faujasit-Typ mit einem molaren Verhältnis SiO₂/Al₂O₃ von 1,9 bis 2,1 und 5 bis 30 Gewichtsteile eines Bindemittels, bezogen auf 100 Gewichtsteile des getrockneten kristallinen kieselsäurearmen Zeoliths vom Faujasit-Typ, so dass die Schüttdichte 0,8 bis 1,0 kg/l beträgt, gefolgt von Kneten, Agglomeration, Calcinieren, Ionenaustausch und Aktivieren.
Das Verfahren zur Herstellung des Adsorbens zur Gastrennung der vorliegenden Erfindung umfasst einen Schritt der Zugabe von hergestelltem LSX-Zeolith-Pulver, Bindemittel und Wasser gefolgt von Kneten, einem Schritt der Agglomeration des gekneteten Produkts, einem Schritt des Trocknens und Calcinierens des Agglomerats, einem Schritt des Ionenaustauschs des gebrannten Agglomerats und einem Schritt der Aktivierung des ionenausgetauschten Produkts durch Calcinieren. Diese Schritte werden nachstehend erklärt.
Knetschritt
Das Ausgangsmaterial für das für das Adsorbens zur Gastrennung der vorliegenden Erfindung zu verwendende synthetische LSX-Zeolith-Pulver ist ein LSX-Zeolith vom (Na, K)-Typ, hergestellt mit einem Verfahren wie zum Beispiel in JP-B-5-25527 offenbart.
Das hergestellte LSX-Zeolith-Pulver und das Bindemittel werden gemischt und geknetet, während die Wassermenge angepasst wird um das Gemisch gleichmäßig zu machen, und dann angemessen geknetet, so dass die Schüttdichte 0,8 bis 1,0 kg/l beträgt. Wenn die Schüttdichte kleiner als 0,8 kg/l ist, ist die Verdichtung nicht ausreichend, eine Blasenbildung zwischen den gemischten Teilchen ist wahrscheinlich, wodurch die Körnungseigenschaft dazu neigt, schwach zu sein. Wenn das geknetete Produkt übermäßig verdichtet wird zu einer Schüttdichte von mehr als 1,0 kg/l, können die Makroporen im Adsorbens zusammengefallen sein.
Um die gewünschten Makroporen auszubilden, eine hohe Adsorptionskapazität aufrecht zu erhalten und eine hohe physikalische Festigkeit des Adsorbens zu schaffen, ist die Menge des zugegebenen Bindemittels vorzugsweise in einem Bereich von 5 bis 30 Gewichtsteilen bezogen auf 100 Gewichtsteile des LSX-Zeoliths vom (Na, K)-Typ. Wenn die Menge des Bindemittels weniger als 5 Gewichtsteile beträgt, steigt der Anteil des LSX-Zeoliths, was für die Adsorption der adsorbierbaren Komponente vorteilhaft ist. Jedoch neigt die Teilchenstärke des Adsorbens dazu, schwach zu werden und Bruch und Abrieb im Festbett können die Folge sein. Wenn die Menge des untergemischten Bindemittels größer als 30 Gewichtsteile ist, nimmt, obwohl eine hohe Teilchenfestigkeit geschaffen werden kann, der Anteil des LSX-Zeoliths ab und die Adsorptionskapazität der adsorbierbaren Komponente bei der Gastrennung nimmt ab.
Die Menge des zugegebenen Wassers beim Kneten von LSX-Zeolith-Pulver und Bindemittel variiert in Abhängigkeit von den Eigenschaften des LSX-Zeolith-Pulvers und des Bindemittels als Ausgangmaterialien, oder von ihrem Anteil. Die Gesamtmenge des zugegebenen Wassers ist jedoch vorzugsweise in einem Bereich von 60 bis 65 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile des LSX-Zeolith-Pulvers.
Des Weiteren kann als Zusatzstoff neben Wasser ein Zusatzstoff wie Carboxymethylcellulose oder ein Polyvinylalkohol zugegeben werden.
Agglomerationsschritt
Das geknetete Gemisch mit einer Schüttdichte von 0,8 bis 1,0 kg/l wird wie folgt agglomeriert. Es wird bevorzugt, dass das Gemisch durch Granulierung mit einem Blattrührer agglomeriert wird, weil im Vergleich mit dem üblichen Taumelgranulierungsverfahren durch das Blattrühren starke Scherkräfte auf das Gemisch ausgeübt werden können, das zugegebene Bindemittel wird gleichmäßig verteilt, Bindemittelteilchen haften an den LSX-Zeolith-Teilchen und existieren zwischen den Zeolith-Teilchen, um Makroporen zu bilden. Die Form des Agglomerats ist nicht sonderlich beschränkt, so lange es ein Kennzeichen des Adsorbens zur Gastrennung der vorliegenden Erfindung aufweist. Es kann zu einer Kugel oder einer Ellipse geformt werden und kann, zum Beispiel, ein Agglomerat in Form von Kügelchen mit einer Größe von 0,5 bis 5 mm sein. Für den Fall, dass physikalische Festigkeit, insbesondere Abriebfestigkeit für eine Anwendung als Adsorbens benötigt wird, ist das Agglomerat des Weiteren vorzugsweise in Form von Kügelchen mit einer hohen Sphärizität. Es ist möglich, das agglomerierte sphärische Produkt mit einem bekannten Verfahren, wie der Verwendung einer MARUMERIZER-Formgebungseinrichtung, zu granulieren um die Oberfläche des Agglomerats zu glätten.
Das Agglomerat in Form von Plättchen wird mit allgemeiner Extrusion agglomeriert. Obwohl es im Vergleich zum Agglomerat in Form von Kügelchen schwierig ist, die Makroporen zu kontrollieren, ist es möglich die gewünschte Makroporenstruktur zu erhalten, indem Carboxymethylcellulose oder ein Polyvinylalkohol verwendet werden, die dafür bekannt sind Säuren zu bilden, und das Agglomerat in Form von Plättchen kann als ein Adsorbens zur Gastrennung verwendet werden.
Der Durchmesser von agglomerierten und granulierten Kügelchen kann abhängig von der Anwendung verändert werden und es ist möglich, die Größe z.B. durch Verwendung eines Siebes einzuordnen.
Calcinierungsschritt
Das so erhaltene Agglomerat wird getrocknet und calciniert und das zugegebene Bindemittel wurde calciniert. Als Verfahren zum Trocknen und Calcinieren kann ein übliches Verfahren angewendet werden und es kann z.B. ein Heißlufttrockner, ein Muffelofen, ein Drehofen oder ein Röhrenofen verwendet werden. Die Calcinierungs-Temperatur kann eine Temperatur sein, bei der das Bindemittel calciniert wird und der Zeolith-Kristall nicht zerstört wird, so dass die Form des Adsorbens aufrechterhalten werden kann. Im Allgemeinen wird das Calcinieren bei einer Temperatur von 400 bis 700°C durchgeführt.
Des Weiteren wird das calcinierte Agglomerat gekühlt und kann befeuchtet werden, so dass der Wassergehalt etwa 20 bis etwa 30% beträgt. Obwohl der Befeuchtungsvorgang nicht unerlässlich ist, ist er wirksam darin, Brüche, wie Risse des Agglomerats als Folge von plötzlichem Erwärmen aufgrund von Wasseradsorption, wenn es während des Ionenaustauschs im nächsten Schritt mit der Ionenaustauschlösung in Kontakt gebracht wird, zu verhindern, und es ist auch wirksam darin, das adsorbierte Stickstoffgas aus dem Innern des Agglomerats zu evakuieren und die Diffusion mit der Ionenaustauschlösung wirksam zu machen.
Ionenaustauschschritt
Das in den vorstehenden Schritten gebildete und calcinierte Agglomerat wird mit einer Ionenaustauschlösung mit Kationen wie Lithium, Kalium, Calcium, Strontium oder Barium in Kontakt gebracht, um Ionenaustausch durchzuführen. Zum Beispiel ist für den Fall, dass Stickstoff in der Luft adsorbiert wird um die Luft zu trennen, das Lithiumkation geeignet. Die für den Ionenaustausch zu verwendende Komponente ist nicht sonderlich beschränkt, so lange sie in Form einer wässrigen Lösung sein kann, und ein Chlorid, ein Nitrat, ein Sulfat oder ein Carbonat können zum Beispiel vorzugsweise verwendet werden.
Als ein Verfahren zum Ionenaustausch wird üblicherweise das Chargenverfahren oder das Kolonnenflussverfahren angewendet. Das Chargenverfahren ist geeignet für gleichmäßigen Ionenaustausch. Um wirksamen Ionenaustausch durch Anheben des Anteils an kontaktiertem Austauschion durchzuführen oder die Menge der Ionenaustauschlösung zu verringern, ist es vorzuziehen, die Durchflussgeschwindigkeit durch Anwenden des Kolonnenflussverfahrens anzupassen. Insbesondere wird für den Fall, dass der Ionenaustausch schwierig ist, wie der Ionenaustausch von Lithiumionen, das Kolonnenflussverfahren bevorzugt.
Die Temperatur während des Ionenaustauschs ist vorzugsweise so hoch wie möglich, um Geschwindigkeit und Wirksamkeit des Ionenaustauschs zu verbessern. Sie beträgt üblicherweise 50 bis 100°C.
Die Konzentration der zu verwendenden Ionenaustauschlösung beträgt im Allgemeinen etwa 1 bis etwa 4 N, unter Beachtung der Ionenaustauschgeschwindigkeit. Die Ionenaustauschlösung ist vorzugsweise alkalisch, so dass der LSX-Zeolith während des Ionenaustauschs nicht zerstört wird und sie wird im Allgemeinen durch Zugabe eines Hydroxids oder Ähnlichem so angepasst, dass der pH (Wasserstoffionen-Konzentration) 9 bis 12 beträgt.
Nachdem es wie vorstehend erwähnt ionenausgetauscht wurde, wird das Agglomerat aus der Ionenaustauschlösung genommen, mit Wasser oder heißem Wasser gewaschen und bei einer Temperatur von üblicherweise etwa 30 bis etwa 100°C getrocknet.
Aktivierungsschritt
Das so ionenausgetauschte Agglomerat wird aktiviert, um Wasser zu entfernen, und das erwünschte Adsorbens zur Gastrennung kann erhalten werden. Der Zweck der Aktivierung ist es, Wasser im Agglomerat zu entfernen. Wasser wird unter vermindertem Druck oder durch, Calcinieren entfernt. Im Allgemeinen wird die Entfernung von Wasser vorzugsweise durch Calcinieren durchgeführt. Die Aktivierungsbedingungen können alle Bedingungen sein, unter denen Wasser aus dem Agglomerat entfernt wird. Für den Fall, dass das Agglomerat durch Calcinieren aktiviert wird, wird es bevorzugt, Wasser schnell bei einer Temperatur so niedrig wie möglich, unter Berücksichtigung der Hitzebeständigkeit des LSX-Zeoliths, zu entfernen. Im Allgemeinen wird das Agglomerat bei Temperaturbedingungen von höchstens 600°C calciniert, zum Beispiel wird es für etwa 1 Stunde bei einer Temperatur von 500°C calciniert.
Das in vorstehenden Schritten erhaltene Adsorbens zur Gastrennung wird zur Adsorption und Trennung des gemischten Gases verwendet, indem Stickstoff im gemischten Gas zur Trennung und Konzentration adsorbiert wird. Zum Beispiel wird es verwendet, um konzentriertes Sauerstoffgas zu gewinnen, indem selektiv Stickstoff in der Luft adsorbiert wird. Das Verfahren zur Konzentration und Gewinnung von Sauerstoffgas in der Luft durch das PSA-Verfahren wird betrieben in den aufeinander folgenden Schritten Adsorptionsschritt, wobei die Luft mit dem Festbett in Kontakt gebracht wird und Stickstoff selektiv adsorbiert wird, um konzentrierten Sauerstoff am Auslass des Festbetts zu gewinnen; einem Regenerationsschritt, wobei der Kontakt der Luft mit dem Festbett unterbrochen wird und der Druck im Inneren des Festbetts reduziert wird, um adsorbierten Stickstoff zu desorbieren und zu evakuieren; und einem Druckwiedererlangungsschritt, wobei das Innere des Festbetts mit konzentriertem Sauerstoff, der in dem vorstehenden Adsorptionsschritt gewonnen wurde, unter Druck gesetzt wird. Die PSA-Vorrichtung zur Lufttrennung umfasst eine Vielzahl von Adsorptionsbetten, üblicherweise 2 Betten oder 3 Betten. Die Luft wird von einem Gebläse oder Kompressor zugeführt. Da Wasser in der Luft die Adsorption von Stickstoff behindern kann, ist es notwendig, Wasser aus der Luft zu entfernen, bevor die Luft in das Festbett eingebracht wird. Die Luft wird üblicherweise bis zum Taupunkt von –50°C oder niedriger getrocknet. Die Temperatur der Luft hat einen engen Zusammenhang mit der Leistungsfähigkeit des Adsorbens, und die Luft kann erwärmt oder gekühlt werden, um eine angemessene Leistungsfähigkeit des Adsorbens zu erhalten. Sie beträgt jedoch üblicherweise etwa 15 bis etwa 35°C.
Je höher der Adsorptionsdruck im Adsorptionsschritt ist, desto höher ist die Menge an adsorbiertem Stickstoff. Unter Berücksichtigung der Belastung des die Luft zuführenden Gebläses oder Kompressors kann der Adsorptionsdruck in einem Bereich von 101,3 bis 202,7 kPa (760 Torr bis 1520 Torr) liegen.
Der niedrigere Druck im Regenerationsschritt wird bevorzugt, da mehr Stickstoff adsorbiert werden kann. Unter Berücksichtigung der Belastung der Vakuumpumpe kann der Regenerationsdruck in einem Bereich von 13,3 bis 53,3 kPa (100 Torr bis 400 Torr) liegen.
Wenn der wiedererlangte Druck im Druckwiedererlangungsschritt hoch ist, nimmt, da das im Adsorptionsschritt erhaltene konzentrierte Sauerstoffgas verwendet wird, die Menge des als Produktgas entnommenen konzentrierten Sauerstoffgases ab. Wenn des Weiteren der Adsorptionsschritt in einem Zustand beginnt, in dem der wiedererlangte Druck niedrig ist, gibt es, da Druck auf die Luft ausgeübt wird, Befürchtungen, dass Stickstoff nicht an das Adsorbens adsorbiert wird und durch den Auslass des Festbetts ausbricht. Um Stickstoff in der Luft daran zu hindern, durch den Auslass des Festbetts auszubrechen, kann der Druck wiedererlangt werden, indem das konzentrierte Sauerstoffgas für die Anfangsphase von etwa 1 bis etwa 5 Sekunden nach Beginn des Adsorptionsschritts im Gegenstrom zur Luft zurück ins Festbett geleitet wird. Der Rückkehrdruck kann in einem Bereich von 53,3 bis 106,7 kPa (400 Torr bis 800 Torr) liegen.
Im Hinblick auf das Adsorbens zur Gastrennung der vorliegenden Erfindung ist der durchschnittliche Durchmesser der Makroporen gleich oder größer als die bei einer Temperatur von 25°C und einem Druck von 33 kPa bestimmte mittlere freie Weglänge von Stickstoff bei der Desorption von Stickstoff von dem Adsorbens, und mindestens 70% des Gesamtvolumens der Makroporen sind von Makroporen mit einem Durchmesser gleich oder größer als die bei einer Temperatur von 25°C und einem Druck von 33 kPa bestimmte mittlere freie Weglänge von Stickstoff, besetzt. Deshalb ist die Diffusionsrate der adsorbierbaren Komponente im Innern der Makroporen während der Desorption unter vermindertem Druck besonders hoch, und der Nutzungsgrad des Adsorbens zur Gastrennung ist hoch. Des Weiteren wird das Adsorbens zur Gastrennung vorliegender Erfindung für ausgezeichnet in den physikalischen. Festigkeitseigenschaften gehalten, weil Poren mit einem vergleichsweise kleinen Porendurchmesser geeignet unter den Makroporen zusätzlich zu den Poren mit einem vergleichsweise großen Porendurchmesser eingebaut werden.
Das Adsorbens zur Gastrennung der vorliegenden Erfindung ist wirksamer für die Trennung von Luft mit dem PSA-Verfahren. Deshalb sind die entnommene Menge und der Gewinnungsgrad des konzentrierten Sauerstoffgases hoch, wenn die Lufttrennung mit dem PSA-Verfahren durchgeführt wird, und es ist möglich, den elektrischen Stromverbrauch beim Betrieb der PSA-Vorrichtung zu senken.
BEISPIELE
Nun wird die vorliegende Erfindung in weiteren Details unter Bezugnahme auf Beispiele beschrieben. Es sollte jedoch selbstverständlich sein, dass die vorliegende Erfindung in keiner Weise auf solch spezielle Beispiele beschränkt ist. Jede Bewertung ist bezogen auf folgende Verfahren.
(1) Porendurchmesser, Porenvolumen und Porenoberfläche von Makroporen im Durchschnitt.
Unter Verwendung eines Quecksilber-Porosimeters (hergestellt von MICROMERITICS, Typ: PORE SIZER 9310) wurde das aktivierte Adsorbens in einem Druckbereich von 6,9 bis 206842,7 kPa (1 bis 30000 psi) (innerhalb des Porendurchmesserbereichs von 60 Å bis 200 μm) gemessen. Aus dem durch die Messung erhaltenen Verhältnis zwischen Porendurchmesser und Porenvolumen (Porendurchmesser-Verteilungskurve), kann der durchschnittliche Porendurchmesser des Adsorbens als ein Durchmesser bei 50% des gesamten Porenvolumens (mittlerer Durchmesser) oder ein Durchmesser, wenn die Steigung der Porendurchmesser-Verteilungskurve maximal ist (modaler Durchmesser) erhalten werden. Im vorliegenden Beispiel wurde der mittlere Durchmesser angewendet.
(2) Adsorbierte Stickstoffmenge
Für die Messung in den Beispielen 1 bis 15 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 12 wurde ein gravimetrisches Verfahren angewendet, bei dem eine elektronische Waage (Typ CAHN 2000) verwendet wurde. Als Vorbehandlung wurde das Adsorbens für 2 Stunden bei einer Temperatur von 350°C unter einem Vakuum von höchstens 0,4 Pa (10^–3 Torr) aktiviert. Die Adsorptionstemperatur wurde bei –10°C, 0°C oder 25°C gehalten, Stickstoffgas wurde eingeleitet und das Gewicht wurde im ausreichenden Gleichgewichtszustand gemessen, um die adsorbierte Menge zu berechnen (Einheit: Ncc/g). Jede nachstehend gezeigte adsorbierte Stickstoffmenge in den Beispielen und Vergleichsbeispielen ist ein gemessener Wert unter 93,3 kPa (700 Torr).
Für die Messung in den Beispielen 16 bis 18 und dem Vergleichsbeispiel 13 wurde ein volumetrisches Verfahren angewendet, in dem BELSORP 28SA (BEL JAPAN, INC.) verwendet wurde. Als Vorbehandlung wurde das Adsorbens für 2 Stunden bei Raumtemperatur (etwa 25°C) unter einem Vakuum von höchstens 0,4 Pa (10^–3 Torr) einer Entlüftungsbehandlung unterzogen. Die Adsorptionstemperatur wurde bei 25°C gehalten und die adsorbierte Menge wurde bis etwa 106,7 kPa (800 Torr) (Einheit: Ncc/g) gemessen. Jede adsorbierte Stickstoffmenge in den Beispielen und Vergleichsbeispielen ist ein gemessener Wert unter 93,3 kPa (700 Torr).
(3) Lufttrennungstest mit dem PSA-Verfahren
Unter Verwendung einer Testvorrichtung für die Leistungsfähigkeit der Lufttrennung, wie in 1 veranschaulicht, wurde der Lufttrennungstest wie folgt durchgeführt. Etwa 2 l des Adsorbens zur Gastrennung wurden in die Adsorptionsbetten (13) und (14) gepackt. Während Adsorptionsbett (13) sich im Adsorptionsschritt befand, wurde die von einem Kompressor (1) komprimierte Luft mit einem Trockenbett (2) getrocknet, der Druck wurde durch ein Druckminderventil (3) auf 0,5 bis 0,6 kg/cm²G vermindert, und Magnetventile (5) und (7) wurden offen gelassen, um die Luft durch das Adsorptionsbett strömen zu lassen (Lufttemperatur: 25°C). Das erhaltene konzentrierte Sauerstoffgas wurde in einem Produktbehälter (17) aufbewahrt und die entnommene Menge des konzentrierten Sauerstoffgases wurde mit einem Massendurchflusszähler (18) angepasst. Der Druck am Ende des Adsorptionsschrittes betrug konstant 141,9 kPa (1,4 atm). Während das Adsorptionsbett (13) sich im Regenerationsschritt befand, waren die Magnetventile (5) und (7) geschlossen, ein Magnetventil (6) wurde offen gelassen, und der Druck im Innern des Adsorptionsbettes wurde mit einer Vakuumpumpe (20) vermindert. Der Enddruck am Ende des Regenerationsschrittes betrug konstant 33,3 kPa (250 Torr). Während das Adsorptionsbett (13) sich im Druckwiedererlangungsschritt befand, war das Magnetventil (6) geschlossen, ein Magnetventil (8) wurde offen gelassen, und der Druck im Innern des Adsorptionsbettes wurde durch das konzentrierte Sauerstoffgas im Produktbehälter (17) wiedererlangt. Der Druck am Ende des Druckwiedererlangungsschrittes betrug konstant 66,7 kPa (500 Torr). Der Druck wurde mit einem Manometer (15) (für das Adsorptionsbett (14) wurde ein Manometer (16) verwendet) gemessen. Dann wurde der Adsorptionsschritt im druckwiedererlangten Adsorptionsbett (13) durchgeführt, und diese Schritte wurden fortlaufend wiederholt. Die Zeit für den Adsorptionsschritt, den Regenerationsschritt und den Druckwiedererlangungsschritt betrug jeweils 1 Minute, 30 Sekunden und 30 Sekunden. Der Betrieb der Magnetventile wurde mit einer Ablaufsteuerung kontrolliert.
Dieselben Schritte wurden im Adsorptionsbett (14) durchgeführt. Um kontinuierlich das konzentrierte Sauerstoffgas entnehmen zu können, befand sich das Adsorptionsbett (14) im Regenerationsschritt und im Druckwiedererlangungsschritt, während sich das Adsorptionsbett (13) im Adsorptionsschritt befand, und das Adsorptionsbett (14) befand sich im Adsorptionsschritt, während sich das Adsorptionsbett (13) im Regenerationsschritt und im Druckwiedererlangungsschritt befand.
Die Konzentration des konzentrierten Sauerstoffgases wurde mit einem Sauerstoffmesser (19) gemessen, nachdem der Wert konstant wurde, und die genaue Menge des strömenden, konzentrierten Sauerstoffgases (nachstehend als Sauerstoffmenge bezeichnet) wurde aus dem von einem Durchflusszähler (21) gemessenen Wert erhalten. Und die Menge des von der Vakuumpumpe (20) evakuierten Auslassgases während des Regenerationsschrittes (nachstehend als Auslassgasmenge bezeichnet) wurde aus dem von einem Durchflusszähler (22) gemessenen Wert erhalten. Jede Gasmenge wurde bei 25°C gemessen.
Die Leistungsfähigkeit der Lufttrennung des Adsorbens wurde dargestellt durch die Sauerstoffmenge bei einer Konzentration von 93% und den Anteil des konzentrierten Sauerstoffgases bei einer Konzentration von 93%, der aus der Luft gewonnen wurde (nachstehend als Gewinnungsanteil bezeichnet). Der Lufttrennungstest wurde bei einer Temperatur des Adsorptionsbettes von 0°C und 25°C durchgeführt.
Die Sauerstoffmenge wurde erhalten, indem der vom Durchflusszähler gemessene Wert auf Normalzustand umgerechnet wurde und wurde dargestellt als die in 1 Stunde pro kg des getrockneten Adsorbens strömende Sauerstoffmenge. Die Einheit ist NL/(kg·hr). Der Gewinnungsanteil wurde nach der folgenden Formel berechnet: Gewinnungsanteil = {(Sauerstoffmenge) × 0,93}/{(Zugeführte Luftmenge) × 0,209} × 100(%) Zugeführte Luftmenge = (Sauerstoffmenge) + (Auslassgasmenge)
(4) Mittlere freie Weglänge von Stickstoff, wenn Stickstoff desorbiert wird
Die mittlere freie Weglänge von Stickstoff (λ) wurde nach folgender Formel unter Verwendung der Temperatur des Adsorptionsbettes (T) und des Enddruckes im Regenerationsschritt (P) berechnet, welche Bedingungen für den wie vorstehend erwähnten Lufttrennungstest sind. Im Falle der Lufttrennung mit dem PSA-Verfahren steigt die Temperatur des Adsorbens durch Erwärmung im Adsorptionsschritt, und die Temperatur des Adsorbens sinkt durch Wärmeadsorption im Desorptionsschritt, was zu einer Temperaturschwankung führt. Deshalb kann als Temperatur zur Berechnung der mittleren freien Weglänge von Stickstoff die tatsächliche Temperatur des Adsorbens, die Temperatur des Adsorptionsbettes (gewöhnliche Umgebung) oder die Temperatur des eingeleiteten Gases eingesetzt werden. In vorliegendem Beispiel wurde die Temperatur des Adsorptionsbettes eingesetzt. λ = κT/{(√2)πPσ2)

σ:: Molekularer Durchmesser von Stickstoff 3,681 × 10^–10 (m)
π:: Boltzmann-Konstante 1,3807 × 10^–23 (J/K)

Die mittlere freie Weglänge von Stickstoff unter einem Druck von 33,3 kPa (250 Torr) betrug 2,052 (Å) oder 1,880 (Å), jeweils bei einer Temperatur von 25°C oder 0°C.
(5) Bruchfestigkeit
25 aktivierte Agglomerate wurden mit einem Härtemesser (hergestellt von KIYA SEISAKUSYO LTD., Typ: KHT-20) vermessen. Die Messung wurde mit einem solchen Verfahren durchgeführt, dass das Agglomerat mit einem Prüfstempel, der einen Durchmesser von 5 mm besitzt, bei einer konstanten Geschwindigkeit von 1 mm/sec belastet wurde. Die Belastungsmenge, bei der das Agglomerat brach, wurde als die Bruchfestigkeit (kgf) genommen.
(6) Abriebrate
Die Abriebrate wurde in Übereinstimmung mit einer Messmethode wie in JIS K-1464 (1962) niedergelegt berechnet. Und zwar wurde das aktivierte Agglomerat als Testprobe vorbereitend für 16 Stunden bei einer Temperatur von 25°C bei einer relativen Feuchtigkeit von 80% in einem Exsikkator gelassen, um das Gleichgewicht zu erreichen. Etwa 70 g der Testprobe wurde 3 Minuten lang einer Siebung unterzogen, indem ein Sortierer mit Sieben von 850 μm und 355 μm und einer Auffangschale (hergestellt von TOKYO SCREEN CO. LTD, Typ: JIS Z-8801) verwendet wurde. Dann wurden 50 g der bei dem 3 minütigem Sieben verbleibenden Testprobe genau gemessen und auf vorstehenden Sortierer gegeben, von dem die Ablagerungen entfernt worden waren. Gleichzeitig wurden fünf 10-Yen-Kupfermünzen in den Sortierer gegeben, gefolgt von 15 minütigem Schütteln. Die in die Auffangschale gefallene Menge wurde als X g genommen und die Abriebrate wurde nach folgender Formel berechnet. Abriebrate (Gew.-%) = (X/50) × 1000
(7) Schüttdichte
Die Schüttdichte wurde in Übereinstimmung mit dem Verfahren unter Verwendung eines Rohdichtegeräts gemessen wie in JIS K-3662 niedergelegt. Das geknetete Gemisch wurde in einen Polyethylenbecher mit V ml (W1) gegeben, so dass der Becher mit dem gekneteten Produkt gehäuft war, das geknetete Gemisch wurde mit einem geraden Spatel abgekratzt, und dann wurde das Gewicht des Bechers mit dem Gemisch im Innern (W2) auf die Einheit 0,1 g gemessen und die Schüttdichte wurde nach folgender Formel berechnet. Schüttdichte (kg/l) = (W2 – W1)/V
(8) Wassergehalt
Der Wassergehalt wurde in Übereinstimmung mit dem Testverfahren durch coulometrische Titration wie in JIS K-0068 niedergelegt gemessen, unter Verwendung eines Karl Fischer Feuchtigkeitsmessgerätes (hergestellt von MITSUBISHI CHEMICAL CORPORATION, Vorrichtung zur Feuchtigkeitsmessung: CA-06 Typ, elektrischer Ofen: VA-21 Typ). Der elektrische Ofen wurde auf 400°C eingestellt. Etwa 400 bis etwa 500 mg der aktivierten elektrischen Ofen gegeben, und Wasser wurde unter mit 300 ml/min strömendem trockenen Stickstoff verdampft. Der Wassergehalt wurde nach folgender Formel aus der Menge der Testprobe (S, Einheit: g) und der aus der coulometrischen Titration erhaltenen Menge Wasser (G, Einheit: μg) erhalten. Wassergehalt (Gew.-%) = G/(S × 106) × 100
BEISPIEL 1
Die Herstellung des LSX-Zeoliths wurde mit einem bekannten Verfahren durchgeführt. In ein rostfreies Reaktionsgefäß mit einem inneren Volumen von 20 l wurden 3888 g wässriger Natriumaluminatlösung (Na₂O = 20,0 Gew.-%, Al₂O₃ = 22,5 Gew.-%), 7923 g Wasser, Natriumhydroxid (Reinheit 99%) und 1845 g einer Kaliumhydroxid-Chemikalie besonderer Qualität (Reinheit 85%) gegeben und unter Rühren bei 60 upm gekühlt (Lösung a: 5°C). In ein Polyethylengefäß mit einem inneren Volumen von 10 l wurden 7150 g wässrige Natriumsilicatlösung (Na₂O = 3,8 Gew.-%, SiO₂ = 12,6 Gew.-%) und 1176 g Wasser gegeben und gekühlt (Lösung b: 10°C). Die Lösung b wurde über einen Zeitraum von etwa 5 Minuten unter Rühren in die Lösung a gegeben. Die Lösung war nach dem Mischen durchsichtig. Nach Beendigung der Zugabe von Lösung b wurde das Rühren etwa 20 Minuten beibehalten. Dann wurde die Temperatur des Wasserbades auf 36°C erhöht. Sobald sich die Lösung trübte, wurde das Rühren gestoppt, das Rührblatt wurde heraus genommen und das Altern wurde bei einer Temperatur von 36°C für 48 Stunden durchgeführt.
Dann wurde die Temperatur des Wasserbades auf 70°C erhöht und die Kristallisation wurde für 20 Stunden durchgeführt. Die erhaltenen Kristalle wurden einer Filtration unterzogen, ausreichend mit reinem Wasser gewaschen und über Nacht bei einer Temperatur von 80°C getrocknet. Als Ergebnis einer Röntgenanalyse war die Struktur des erhaltenen Kristallpulvers einphasiger Faujasit und besaß eine Reinheit von mindestens 98%. Des Weiteren betrug die Zusammensetzung des erhaltenen Kristallpulvers als Ergebnis einer ICP-Emissionsanalyse 0,72Na₂O·0,28K₂O·Al2O₃·2,0SiO₂ und es wird bestätigt, dass das Kristallpulver LSX-Zeolith war.
Das LSX-Zeolith-Pulver und 20 Gewichtsteile Attapulgitton bezogen auf 100 Gewichtsteile des LSX-Zeolith-Pulvers wurden gemischt und mit einer MIXMULLER MIXING MACHINE Das LSX-Zeolith-Pulver und 20 Gewichtsteile Attapulgitton bezogen auf 100 Gewichtsteile des LSX-Zeolith-Pulvers wurden gemischt und mit einer MIXMULLER MIXING MACHINE (hergestellt von SINTOKOGIO, LTD., Typ: MSG-05S) geknetet, während entsprechend Wasser zugegeben wurde. Schließlich wurden 65 Gewichtsteile Wasser bezogen auf 100 Gewichtsteile des LSX-Zeolith-Pulvers zugegeben, gefolgt von Kneten. Die Schüttdichte des erhaltenen gekneteten Produktes betrug 0,85 kg/l.
Das geknetete Produkt wurde gerührt und zu Kügelchen mit einem Durchmesser von 1,2 bis 2,0 mm geformt, mit einem Blattrühr-Granulator HENSCHEL MIXER (hergestellt von MITSUI MINING COMPANY, LTD., Typ: FM/I-750), welches dann unter Verwendung des MARUMERIZER EXTRUDER (hergestellt von FUJI PAUDAL CO., LTD., Typ: Q-1000) granuliert wurde, gefolgt von Trocknen über Nacht bei einer Temperatur von 100°C. Dann wurde das Agglomerat für 2 Stunden bei einer Temperatur von 600°C unter Luftstrom calciniert, indem ein horizontaler Typ Röhrenofen (hergestellt von ADVANTEC) verwendet wurde, um den Attapulgitton zu calcinieren. Dann wurde es an der Atmosphäre gekühlt und befeuchtet, so dass der Wassergehalt etwa 25% beträgt.
Das Agglomerat wurde in eine Säule von 70 mm ∅ × 700 mm (Länge) gepackt und eine wässrige Lösung mit Lithiumchlorid, eingestellt auf eine Konzentration von 1 mol/l, wurde bei einer Temperatur von 80°C eingeleitet, um den Lithiumionenaustausch durchzuführen. Dann wurde das in die Säule gepackte Agglomerat ausreichend mit reinem Wasser gewaschen und aus der Säule genommen, gefolgt von Trocknen für 16 Stunden bei einer Temperatur von 40°C.
Dann wurde das Agglomerat einer Aktivierungsbehandlung unterzogen, indem ein horizontaler Typ Röhrenofen (hergestellt von ADVANTEC) für 1 Stunde bei einer Temperatur von 500°C unter Luftstrom verwendet wurde, und ohne Kühlen eingehüllt. Der durchschnittliche Porendurchmesser und das Porenvolumen der Makroporen im erhaltenen Adsorbens zur Gastrennung wurden gemessen. Die adsorbierte Stickstoffmenge und die Leistungsfähigkeit der Lufttrennung wurden bei einer Adsorptionstemperatur von 25°C mit vorstehend erwähntem Verfahren gemessen. Der Wassergehalt des Adsorbens zur Gastrennung betrug höchstens 0,1 Gew.-%. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
BEISPIEL 2
Es wurden die gleichen Arbeitsvorgänge wie in Beispiel 1 durchgeführt, außer dass die Schüttdichte des gekneteten Produktes 0,90 kg/l betrug. Die Ergebnisse der Messung des erhaltenen Adsorbens zur Gastrennung sind in Tabelle 1 gezeigt.
BEISPIEL 3
Es wurden die gleichen Arbeitsvorgänge wie in Beispiel 1 durchgeführt, außer dass Sepiolitton als Bindemittel verwendet wurde. Die Ergebnisse der Messung des erhaltenen Adsorbens zur Gastrennung sind in Tabelle 1 gezeigt.
BEISPIELE 4, 5 und 6
Indem jeweils das gleiche Adsorbens zur Gastrennung wie in den Beispielen 1, 2 oder 3 verwendet wurde, wurde die adsorbierte Stickstoffmenge und die Leistungsfähigkeit der Lufttrennung bei einer Adsorptionstemperatur von 0°C gemessen. Die Ergebnisse der Messung des erhaltenen Adsorbens zur Gastrennung sind in Tabelle 2 gezeigt.
BEISPIEL 7
Es wurden die gleichen Arbeitsvorgänge wie in Beispiel 1 durchgeführt, außer dass 15 Gewichtsteile Sepiolitton als Bindemittel verwendet wurden. Die Ergebnisse der Messung des Porenvolumens, der Porenoberfläche, der Bruchfestigkeit, der Abriebrate und der adsorbierten Stickstoffmenge (Adsorptionstemperatur: –10°C) des erhaltenen Adsorbens zur Gastrennung sind in Tabelle 3 gezeigt.
BEISPIELE 8 bis 15
Es wurden die gleichen Arbeitsvorgänge wie in Beispiel 7 durchgeführt, außer dass der Typ und die zugegebene Menge des Bindemittels wie in Tabelle 3 gezeigt geändert wurden um ein Adsorbens zur Gastrennung herzustellen. Die mit vorstehendem Verfahren gemessene Schüttdichte eines jeden gekneteten Produkts war in einem Bereich von 0,81 bis 0,87 kg/l. Das Porenvolumen, die Porenoberfläche, die Bruchfestigkeit, die Abriebrate und die adsorbierte Stickstoffmenge (Adsorptionstemperatur: –10°C) des erhaltenen Adsorbens zur Gastrennung sind in Tabelle 3 gezeigt.
BEISPIEL 16
Es wurden die gleichen Arbeitsvorgänge wie in Beispiel 1 durchgeführt, um das Adsorbens zur Gastrennung zu aktivieren. Bevor das Adsorbens eingehüllt wurde, wird es aus dem Röhrenofen genommen und auf 400°C gekühlt, in einer Glasflasche eingeschlossen und eingehüllt und man ließ es auf Raumtemperatur abkühlen. Der Wassergehalt und die adsorbierte Stickstoffmenge des so hergestellten Adsorbens zur Gastrennung wurden ausgewertet. Die Messergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt.
BEISPIEL 17
Es wurden die gleichen Arbeitsvorgänge wie in Beispiel 16 durchgeführt, außer dass das Adsorbens vor dem Einhüllen auf 350°C gekühlt wurde. Die Messergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt.
BEISPIEL 18
Es wurden die gleichen Arbeitsvorgänge wie in Beispiel 16 durchgeführt, außer dass das Adsorbens vor dem Einhüllen auf 300°C gekühlt wurde. Die Messergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt.
VERGLEICHSBEISPIEL 1
Es wurden die gleichen Arbeitsvorgänge wie in Beispiel 1 durchgeführt, außer dass die Schüttdichte des Adsorbens nach dem Kneten und Mischen 1,8 kg/l betrug und das Formen unter ausschließlicher Verwendung eines MARUMERIZER (hergestellt von FUJI PAUDAL CO., LTD., Typ: Q-1000) durchgeführt wurde. Die Messergebnisse des erhaltenen Adsorbens zur Gastrennung sind in Tabelle 1 gezeigt.
VERGLEICHSBEISPIEL 2
Es wurden die gleichen Arbeitsvorgänge wie in Beispiel 1 durchgeführt, außer dass die Schüttdichte des Adsorbens nach dem Kneten und Mischen 1,2 kg/l betrug und das Formen unter ausschließlicher Verwendung eines MARUMERIZER (hergestellt von FUJI PAUDAL CO., LTD., Typ: Q-1000) durchgeführt wurde. Die Messergebnisse des erhaltenen Adsorbens zur Gastrennung sind in Tabelle 1 gezeigt.
VERGLEICHSBEISPIEL 3
Es wurden die gleichen Arbeitsvorgänge wie in Beispiel 1 durchgeführt, außer dass die Schüttdichte des Adsorbens nach dem Kneten und Mischen 1,2 kg/l betrug. Die Messergebnisse des erhaltenen Adsorbens zur Gastrennung sind in Tabelle 1 gezeigt.
VERGLEICHSBEISPIELE 4, 5 und 6
Indem das gleiche Adsorbens zur Gastrennung wie in den Vergleichsbeispielen 1 oder 2 verwendet wurde, wurde die adsorbierte Stickstoffmenge und die Leistungsfähigkeit der Lufttrennung bei einer Adsorptionstemperatur von 0°C gemessen. Die Messergebnisse des erhaltenen Adsorbens zur Gastrennung sind in Tabelle 2 gezeigt.
VERGLEICHSBEISPIELE 7 bis 12
Es wurden die gleichen Arbeitsvorgänge wie in Beispiel 7 durchgeführt, außer dass der Typ und die zugegebene Menge des Bindemittels wie in Tabelle 4 gezeigt geändert wurden um ein Adsorbens zur Gastrennung herzustellen. Die Schüttdichte eines jeden gekneteten Produkts wurde mit vorstehendem Verfahren gemessen und es zeigte sich, dass sie in einem Bereich von 0,84 bis 0,90 kg/l lag. Die Ergebnisse der Messung von Porenvolumen, Porenoberfläche, und der adsorbierten Stickstoffmenge (Adsorptionstemperatur: –10°C) des erhaltenen Adsorbens zur Gastrennung wurden in Tabelle 4 gezeigt.
VERGLEICHSBEISPIEL 13
Es wurden die gleichen Arbeitsvorgänge wie in Beispiel 16 durchgeführt, außer dass das Adsorbens vor dem Einhüllen auf 200°C gekühlt wurde. Die Messergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt.
Im Hinblick auf jedes in den Beispielen 1 bis 6 gezeigte Adsorbens zur Gastrennung war der durchschnittliche Porendurchmesser der Makroporen größer als die mittlere freie Weglänge von Stickstoff bei 33,3 kPa (250 Torr), unter welchem Stickstoff während der Lufttrennung mit dem PSA-Verfahren desorbiert wurde, und mindestens 70% des gesamten Porenvolumens war besetzt von den Makroporen mit einem Porendurchmesser gleich oder größer als die mittlere freie Weglänge, und das Diffusionsvermögen in der Makropore unter Bedingungen von 33,3 kPa (250 Torr) war hoch. Deshalb war die Leistungsfähigkeit der Lufttrennung des Adsorbens zur Gastrennung ausgezeichnet.
Im Hinblick auf jedes Adsorbens zur Gastrennung im Vergleichsbeispiel 1 oder 4 war der durchschnittliche Porendurchmesser der Makroporen kleiner als die mittlere freie Weglänge von Stickstoff bei 33,3 kPa (250 Torr), unter welchem Stickstoff während der Lufttrennung mit dem PSA-Verfahren adsorbiert wurde, und weniger als 70% des gesamten Porenvolumens war besetzt von den Poren mit einem Porendurchmesser gleich oder größer als die mittlere freie Weglänge, und das Diffusionsvermögen in der Makropore war gering. Obwohl die im Gleichgewicht adsorbierte Stickstoffmenge etwa die Gleiche wie bei den Adsorbentien in den Beispielen war, war deshalb die Leistungsfähigkeit der Lufttrennung niedriger als im Vergleich mit den Adsorbentien in den Beispielen. Im Hinblick auf jedes Adsorbens zur Gastrennung im Vergleichsbeispiel 2, 3 oder 5, 6 waren, obwohl der durchschnittliche Porendurchmesser der Makroporen größer als die mittlere freie Weglänge bei 33,3 kPa (250 Torr) war, weniger als 70% des gesamten Porenvolumens besetzt von den Poren mit einem Porendurchmesser gleich oder größer als die mittlere freie Weglänge, und die Leistungsfähigkeit der Lufttrennung war niedriger als im Vergleich mit den Adsorbentien in den Beispielen.
Des Weiteren wurde im Vergleich der Beispiele 7 bis 15 und der Vergleichsbeispiele 7 bis 12 herausgefunden, dass die in den Beispielen erhaltenen Adsorbentien höheres Porenvolumen, Porenoberfläche und adsorbierte Stickstoffmenge aufwiesen und ausgezeichneter als Adsorbens zur Gastrennung waren.
Im Vergleich der Beispiele 16 bis 18 und des Vergleichsbeispiels 13 wurde herausgefunden, dass die in den Beispielen erhaltenen Adsorbentien mit einem Wassergehalt von höchstens 0,8 Gew.-% eine größere adsorbierte Stickstoffmenge aufwiesen und demnach bevorzugt als Adsorbens zur Gastrennung waren.
Tabelle 5
Wie vorstehend erwähnt ist im Hinblick auf das Adsorbens zur Gastrennung der vorliegenden Erfindung der durchschnittliche Porendurchmesser der Makroporen größer als die bei einer Temperatur von 25°C und einem Druck von 33 kPa bestimmte mittlere freie Weglänge von Stickstoff bei der Desorption von Stickstoff und mindestens 70% des Gesamtvolumens der Makroporen sind von Makroporen mit einem Durchmesser gleich oder größer als die bei einer Temperatur von 25°C und einem Druck von 33 kPa bestimmte mittlere freie Weglänge von Stickstoff besetzt. Deshalb ist die Diffusionsrate von Stickstoff in den Makroporen während der Desorption unter vermindertem Druck hoch und der Nutzungsgrad des Adsorbens ist hoch. Des Weiteren ist es ausgezeichnet in den Festigkeitseigenschaften, indem in geeigneter Weise Poren mit einem vergleichsweise kleinen Durchmesser eingebaut werden. Das Adsorbens zur Gastrennung vorliegender Erfindung wird wirksamer verwendet, wenn es mit Lithiumionen ausgetauscht wird und es wird zur Trennung von Luft mit dem PSA-Verfahren verwendet. Wenn Luft mit dem PSA-Verfahren getrennt wird, sind deshalb die Menge des entnommenen, konzentrierten Sauerstoffgases und der Gewinnungsanteil groß und es ist möglich beim Betrieb der PSA-Vorrichtung den Stromverbrauch zu senken. Des Weiteren ist es gemäß dem Verfahren vorliegender Erfindung möglich leicht ein Adsorbens zur Gastrennung zu erhalten.

Claims

Adsorbens zur Gastrennung, umfassend ein Bindemittel und einen kristallinen kieselsäurearmen Zeolith vom Faujasit-Typ mit einem molaren Verhältnis SiO₂/Al₂O₃ von 1,9 bis 2,1, wobei der durchschnittliche Porendurchmesser der Makroporen gleich oder größer als die bei einer Temperatur von 25°C und einem Druck von 33 kPa bestimmte mittlere freie Weglänge von Stickstoff bei der Desorption von Stickstoff von dem Adsorbens ist und mindestens 70% des Gesamtvolumens der Makroporen von Makroporen mit einem Durchmesser gleich oder größer als die bei einer Temperatur von 25°C und einem Druck von 33 kPa bestimmte mittlere freie Weglänge von Stickstoff, besetzt sind.
Adsorbens zur Gastrennung gemäß Anspruch 1, wobei die Makroporen ein Gesamtvolumen von mindestens 0,25 cc/g und eine Porenoberfläche von mindestens 20 m²/g aufweisen.
Adsorbens zur Gastrennung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Reinheit des kristallinen kieselsäurearmen Zeoliths vom Faujasit-Typ mindestens 90% beträgt.
Adsorbens zur Gastrennung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Bindemittel Sepiolithton und/oder Attapulgitton ist.
Adsorbens zur Gastrennung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, in der Form von Kügelchen.
Adsorbens zur Gastrennung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der kristalline kieselsäurearme Zeolith vom Faujasit-Typ mit Lithiumkationen ionenausgetauscht ist.
Adsorbens zur Gastrennung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, das einen Wassergehalt von höchstens 0,8 Gew.-% aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Adsorbens zur Gastrennung, wie in einem der Ansprüche 1 bis 7 definiert, umfassend Zugeben von Wasser zu einem kristallinen kieselsäurearmen Zeolith vom Faujasit-Typ mit einem molaren Verhältnis des Zeolithkristalls SiO₂/Al₂O₃ von 1,9 bis 2,1 und 5 bis 30 Gewichtsteile eines Bindemittels, bezogen auf 100 Gewichtsteile des getrockneten kristallinen kieselsäurearmen Zeoliths vom Faujasit-Typ, so dass die Schüttdichte 0,8 bis 1,0 kg/l beträgt, gefolgt von Kneten, Agglomeration, Calcinieren, Ionenaustausch und Aktivieren, wobei das Bindemittel Sepiolithton und/oder Attapulgitton ist und wobei das Adsorbens durch Granulierung mit einem Blattrührer zu Kügelchen geformt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Adsorbens zur Gastrennung, gemäß Anspruch 8, umfassend Ionenaustausch der calcinierten Agglomerate mit einer Lithiumkationen aufweisenden Lösung.
Verfahren zur Gastrennung umfassend Kontaktieren eines gemischten Gases mit einem Festbett des in einem der Ansprüche 1 bis 7 definierten Adsorbens zur Gastrennung, um selektiv Stickstoffgas in dem gemischten Gas zu adsorbieren.
Verfahren zur Trennung von Gasen gemäß Anspruch 10, wobei das Gas Luft ist und Stickstoffgas selektiv adsorbiert wird, um Sauerstoffgas zu gewinnen.
Verfahren zur Trennung von Gasen gemäß Anspruch 11, wobei Stickstoff in der Luft selektiv durch ein Druckwechseladsorptionsverfahren adsorbiert wird.
Verfahren zur Trennung von Gasen gemäß Anspruch 12, welches durch einen Adsorptionsschritt, wobei die Luft mit dem Festbett in Kontakt gebracht wird und Stickstoff selektiv adsorbiert wird, um konzentrierten Sauerstoff am Auslass des Festbetts zu gewinnen; einen Regenerationsschritt, wobei der Kontakt der Luft mit dem Festbett unterbrochen wird und der Druck im Inneren des Festbetts reduziert wird, um adsorbierten Stickstoff zu desorbieren und es zu evakuieren; und einen Druckwiedererlangungsschritt, wobei das Innere des Festbetts mit konzentriertem Sauerstoff, der in dem vorstehenden Adsorptionsschritt gewonnen wurde, unter Druck gesetzt wird, betrieben wird.
Verfahren zur Trennung von Gasen gemäß Anspruch 13, wobei der Adsorptionsdruck während des Adsorptionsschritts in einem Bereich von 101 kPa bis 203 kPa (760 Torr bis 1520 Torr) liegt.
Verfahren zur Trennung von Gasen gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei der Gewinnungsdruck im Regenerationsschritt in einem Bereich von 13 kPa bis 53 kPa (100 Torr bis 400 Torr) liegt.
Verfahren zur Trennung von Gasen gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei der wiedererlangte Druck während des Druckrückkehrschrittes in einem Bereich von 53 kPa bis 107 kPa (400 Torr bis 800 Torr) liegt.