DE10058335A1 - Verfahren zur Herstellung von Sauerstoff aus Luft mittels Druckwechseladsorption - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Sauerstoff aus Luft mittels Druckwechseladsorption

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Sauerstoff aus Luft mittels Druckwechseladsorption. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird dadurch, daß als Einsatzluft sauerstoffangereicherte Prozessluft in Form von Abluft einer biologischen Abwasserreinigung (1) Verwendung findet, eine kostengünstige Sauerstoff-Erzeugung und eine Kosten optimierte biologische Abwasserreinigung gewährleistet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Sauerstoff aus Luft mittels Druckwechseladsorption, nach den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Druckwechseladsorption ist immer dann besonders günstig, wenn aus Luft Wasserstoff, Sauerstoff oder Stickstoff in Produktströmen zwischen 10 und 1500 m3/h mit Reinheiten von 95 und 99,9 Vol.-% hergestellt werden soll. Diesbezüglich finden sowohl Ein-Bett- als auch Mehrbett-Druckwechseladsorptionsverfahren/- systeme (PSA; V(P)SA) Verwendung.
Sauerstoff wird mittels der sogenannten Vacuum Swing Adsorption (VSA) hergestellt. Hierzu wird vorgereinigte und komprimierte Luft mittels eines in einem Druckbehälter angeordneten und aus einem Kohlenstoff-Molekularsieb bestehenden Adsorbers aus der Luft adsorbiert, wobei angereicherter Stickstoff im Luftstrom verbleibt. Zur Desorption des Sauerstoffs wird der mit Sauerstoff beladene Adsorber in variablen Zeitintervallen mittels Druckabsenkung regeneriert und der dadurch aus dem Molekularsieb desorbierte Sauerstoff zusammen mit dem in dem Luftstrom angereicherten Stickstoff aus dem Druckbehälter abgezogen und einer weiteren Verwendung zugeführt.
Für einen relativ geringen Sauerstoffbedarf von 5 bis 10 Tonnen pro Tag mit einer geforderten Produktreinheit von bis zu 95% werden kleine und leicht handhabbare Druckwechseladsorptionsanlagen, welche bereits mit Anschlüssen für die Luftein­ speisung, Vakuumpumpen, Adsorptionsbehältern, Ventilen, Rohrleitungen und einem Hochdruckpufferbehälter ausgerüstet sind, eingesetzt.
Aufgrund dessen, dass die bisher zur Herstellung von Sauerstoff mittels Druck­ wechseladsorption eingesetzte Luft nur einen Sauerstoffanteil von etwa 22 Vol.-% aufweist, erfordert diese herkömmliche Sauerstoff-Gewinnung einen relativ hohen prozesstechnischen Aufwand.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgleiches Verfahren zur kostengünstigen Herstellung von Sauerstoff zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Dadurch, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Sauerstoff mittels Druckwechseladsorption anstelle von Umgebungsluft sauerstoffangereicherte Prozessabluft in Form von sauerstoffangereicherter Abluft aus biologischer Abwasserreinigung eingesetzt wird, kann der prozesstechnische Aufwand bei der Druckwechseladsorption zur Herstellung von Sauerstoff gesenkt und damit kostengünstig Sauerstoff erzeugt werden.
Zur erfindungsgemäßen Herstellung von Sauerstoff wird die einen Sauerstoffgehalt von mindestens 30 Vol.-% enthaltene Abluft der biologischen Abwasserreinigung mittels mindestens einer über jedes Belebtschlamm-Wassergemisch enthaltene Anlagenbecken installierten Absaug- und Transporteinrichtung abgesaugt und einer im Bereich der biologischen Abwasserreinigung angeordneten Druckwechselad­ sorptionsanlage zugeführt. Aus der vorgereinigten und komprimierten Abluft wird beim Durchströmen eines in einem Druckbehälter angeordneten Molekularsiebs der Sauerstoff aus der Abluft mittels des Adsorbers adsorbiert. Zur Desorption des Sauerstoffs aus dem als Adsorber in dem Druckbehälter der Druckwechseladsorptionsanlage eingesetzten, in der Regel aus Kohlenstoff- Adsorptionsmateral bestehenden Molekularsieb wird der mit Sauerstoff beladene Adsorber in variablen Zeitintervallen durch Druckabsenkung regeneriert und der dadurch im Druckbehälter freigesetzte Sauerstoff getrennt von dem im Luftstrom angereichert vorliegenden Stickstoff aus dem Druckbehälter abgezogen.
Als Absaugeinrichtung können mittels herkömmlicher Aufhängung über jedes Belebtschlamm-Wassergemisch enthaltene Becken der biologischen Abwasserreinigung angeordnete, der jeweiligen Beckenform angepasste und mit herkömmlichen Absaugaggregaten wie beispielsweise Vakuumpumpen, ausgerüstete, vorzugsweise trichterförmige Abzugshauben aus korrosionsbeständigen Werkstoff, welche über Produktleitungen mit der Lufteinspeisung der Druckwechseladsorptionsanlage verbunden sind, Verwendung finden.
Als im Rahmen der Erfindung eingesetzte Druckwechseladsorptionsanlage eignet sich besonders eine bereits mit Anschlüssen für die Lufteinspeisung, Vakuum­ pumpen, Adsorptionsbehältern, Ventilen, Rohrleitungen und einem Hochdruck­ pufferbehälter vormontierte, mobile Kleinanlage, wie beispielsweise eine GENEROX ®-Druckwechseladsorptionsanlage der Fa. Messer Griesheim GmbH Frankfurt/Main.
Besonders vorteilhaft ist es, den aus sauerstoffangereicherter Prozessluft in Form von sauerstoffangereicherter Abluft aus biologischen Abwasserreinigung mittels Druckwechseladsorption erzeugten Sauerstoff wieder der biologischen Abwasser­ reinigung zuzuführen.
Dazu kann der erfindungsgemäß erzeugte Sauerstoff mittels der bereits in einer biologischen Abwasseranlage vorhandenen Eintragsaggregate, wie z. B. mittels Begasungsmatten, Begasungsschläuchen und Injektoren, in das Belebtschlamm- Wassergemisch von jedem Belebungsbecken eingetragen werden.
Die Effektivität des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zusätzlich erhöht, wenn der (in der sauerstoffangereicherten Abluft der biologischen Abwasserreinigung enthaltenen) Kohlendioxid (vor der) Druckwechseladsorption aus der Abluft entfernt und als Neutralisationsmitel für alkalische Abwässer Verwendung findet.
Das erfindungsgemäße Verfahren zu Herstellung von Sauerstoff aus sauerstoffangereicherter Prozessabluft in Form von Abluft aus biologischer Abwasserreinigung mittels Druckwechseladsorption gewährleistet die Herstellung von kostengünstigem Sauerstoff. Zudem wird durch die erfindungsgemäss vorgesehene Wiedereinspeisung des durch Druckwechseladsorption erzeugten Sauerstoffs in das Belebtschlamm-Wassergemisch einer biologischen Abwasserreinigung deren Effektivität erhöht.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur (Fig. 1) zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von Sauerstoff aus Luft mittels Druckwechseladsorption.
Aus dem Belebtschlamm-Wassergemisch einer biologischen Abwasserreinigung 1 wird sauerstoffangereicherte Abluft mit einem Sauerstoffgehalt von mindestens 30 Vol.-% mittels einer über jedes Belebungsbecken installierten, leistungsvariablen Absaug- und Transporteinrichtung 2 einer VSA-Druckwechseladsorptionsanlage 3 zugeführt. Aus der vorgereinigt und auf einen Druck von 5 bis 10 bar komprimiert in einen Druckbehälter der Druckwechseladsorptionsanlage 2 eingespeisten Abluft der biologischen Abwasserreinigung 1 wird mittels eines Kohlenstoff-Molekularsiebes (Adsorbers) Sauerstoff aus der Abluft adsorbiert, wobei Wasserstoff und Stickstoff im Luftstrom verbleiben. Die Desorption des Sauerstoffs erfolgt durch in variablen Zeitintervallen stattfindenden Druckabsenkungen in dem Molekularsieb. Der desorbierte Sauerstoff wird zusammen mit dem Wasserstoff und Stickstoff enthaltenen Luftstrom aus dem Druckbehälter der Druckwechseladsorptionsanlage 2 abgezogen und über mittels Produktleitung/en verbundenen Sauerstoff-Eintragsag­ gregate 4, wie beispielsweise herkömmliche Begasungsmatten, Begasungs­ schläuche oder Injektoren, wieder in das Belebtschlamm-Wassergemisch jedes Belebungsbecken der biologischen Abwasserreinigung 1 eingetragen.
Anstelle des in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiels erfolgenden Sauerstoffeintrags in das Belebtschlamm-Wassergemisch jedes Belebungsbecken der biologischen Abwasserreinigung 1 kann der aus der Druckwechseladsorptions­ anlage 1 abgezogene Sauerstoff auch ganz oder teilweise zwischengelagert oder direkt als gasförmiges oder verflüssigtes Sauerstoffprodukt einem Verbraucher zugeführt werden.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung von Sauerstoff aus Luft mittels Druckwechsel­ adsorption, bei welchem aus der vorgereinigten und komprimierten Luft mittels eines in mindestens einem Druckbehälter als Adsorber angeordneten Molekularsiebs Sauerstoff adsorbiert und der durch eine in variablen Zeitinter­ vallen mittels Druckabsenkung erfolgende Siebregenerierung aus dem Molekularsieb desorbierte Sauerstoff aus dem Druckbehälter abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Einsatzluft sauerstoffangereicherte Prozessluft Verwendung findet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Prozessluft sauerstoffangereicherte Abluft einer biologischen Abwasserreinigung (1) Verwendung findet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sauerstoffangereicherte Abluft der biologischen Abwasserreinigung (1) mindestens 30 Vol.-% Sauerstoff enthält.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels Druckwechseladsorption (2) erzeugte Sauerstoff vorzugsweise wieder der biologischen Abwasserreinigung (1) zugeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der sauerstoffangereicherten Abluft der biologischen Abwasserreinigung enthaltenes Kohlendioxid vor der Druckwechseladsorption (2) aus der Abluft entfernt wird und bevorzugt als Neutralisationsmittel für alkalische Abwässer Verwendung findet.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014095243A1 (de) * 2012-12-19 2014-06-26 Endress+Hauser Conducta Gesellschaft Für Mess- Und Regeltechnik Mbh+Co. Kg Verfahren und anordnung zur emissionsreduzierung von kohlenstoffdioxid bei kläranlagen

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