DE2214820A1

DE2214820A1 - Adsorptionsverfahren zur Gastrennung

Info

Publication number: DE2214820A1
Application number: DE19722214820
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-03-27
Filing date: 1972-03-25
Publication date: 1972-10-12
Also published as: DE2214820C3; GB1353298A; US3797201A; CA968280A; DE2214820B2; JPS543822B1; FR2132089B1; IT950699B; FR2132089A1

Description

DIPL-CHEM. DR. RER. NAT. WALTER NIELSCH

2 HAMBURQ 70, POSTFACH 10914 ■ SCHLOSS-STRASSE HE · TELEFON: 6529707

Professor Dr. Takaaki Tamura

No. 5-7» 2-chome Kitano, Mitaka-shi, Tokyo/Japan

Adsorptionsverfahren zur Gastrennung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Trennung von Gasen aus einem Gasgemisch durch ein Adsorbens und genauer ausgedrückt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Trennung im industriellen Maßstab, um aus einem Gasgemisch die Gaskomponente, die am leichtesten von einem Adsorbens adsorbiert wird (nachfolgend wird eine solche Gaskomponente "leicht adsorbierbares Gas oder Gaskomponente" genannt) in einem hochreinen Zustand zu gewinnen. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren, um im industriellen Maßstab aus einem Gasgemisch die leicht adsorbierbare Gaskomponente und die Komponente, welche am schwächsten an dem Adsorbens adsorbiert ist,üu gewinnen, (wobei eine solche Gaskomponente nachfolgend "weniger leicht adsorbierbare Gaskomponente" genannt wird), wobei jede Komponente für sich in einem hochreinen Zustand erhalten wird.

Verschiedene Vorschläge sind schon zur Abtrennung einer spezifischen Gaskomponente oder von spezifischen Gaskomponenten durch Verwendung der selektiven adsorptiven Eigenschaften einer jeden Gaskomponente

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in dem Gasgemieh unterbreitet worden. In derartigen herkömmlichen Gastrennungsverfahren wird ein Gasgemisch in eine Adsorptionssäule eingeführt, die mit einem Adsorbens von dem einen, Ende der Säule aufgefüllt ist, um die leicht adsorbierbare Komponente zu adsorbieren. Die weniger leicht adsorbierbare Komponente wird als eine angereicherte Komponente von dem entgegengesetzten Ende der Säule abgetrennt und falls erforderlich, kann die adsorbierte Komponente auch durch Erhitzen oder durchIhterdruck abgetrennt werden. Ein derartiges Gastrennungsverfahren unter Verwendung eines Adsorbens ist schon auf den verschiedensten Gebieten verwendet worden und außerdem ist es kürzlich vorgeschlagen worden, um Sauerstoff oder Stickstoff aus der Luft abzutrennen unter Verwendung eines Adsorbens von einer Art, die Molekularsieb genannt wird.

Bisher sind derartige bekannte Trennungsvorrichtungen lediglich so ausgeführt worden, daß diese aus einer einfachen Kombination einer Adsorptionsstufe und einer Desorptionsstufe bestehen und keines von diesen bekannten Verfahren ist bis dahin soweit entwickelt worden, um hochreine Gase im industriellen oder wirtschaftlichen Maßstab zu erhalten. Insbesondere ist ein derartiges Verfahren mit großen Schwierigkeiten verbunden, bei dem hochreiner Sauerstoff oder Stickstoff aus der Luft in einem industriellen Maßstab abgetrennt werden soll.

Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat schon früher ein verbessertes Adsorptionsverfahren zur Gastrennung entdeckt und hat die Abtrennung einer weniger leicht adsorbierbaren Gaskomponente aus einem Gasgemisch beschrieben und zwar in einem hochreinen Zustand und mit einer hohen Wirksamkeit, wie dies aus

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der deutschen Offenlegungsschrift 1 544 152 hervorgeht.. Insbesondere bei der Ausführung des verbesserten Adsorptionsverfahrens , in dem das spezifische Adsorbens verwendet wird, welches durch Behandlung eines natürlich vorkommenden Tuffs erhalten wird, wie es nachfolgend im einzelnen beschrieben wird, ist es gelungen, hochreinen Sauerstoff aus Luft abzutrennen.

Gemäß meinem vorerwähnten verbesserten Verfahren wird im Fall der Durchführung des Adsorptionsverfahrens zuerst die Adsorptionssäule einem Desorptionsvorgang unter einem verminderten Druck (Desorptionsstufe) unterworfen. Dann wird durch Einführen eines Gasgemisches in die Adsorptionssäule von deren einem Ende und unter Aufrechterhaltung des Druckes in der Säule bei Normaldruck oder einem definierten Druck gearbeitet, welcher höher als der Normaldruck ist, und unter Portsetzen der Einführung des Gasgemisches, wobei die leicht adsorbierbare Gaskomponente an dem Adsorbens adsorbiert wird und gleichzeitig die weniger leicht adsorbierbare Komponente von der entgegengesetzten Seite der Säule in einem reinen Zustand abgetrennt wird (Adsorptionsstufe) durch Verwendung einer Rückführungsstufe zwischen der Desorptionsstufe und der Adsorptionsstufe. Dies bedeutetjdurch Einführung eines hochreinen Gases, welches die gleiche Zusammensetzung besitzt wie das weniger leicht adsorbierbare Gas in der Säule unmittelbar nach der Vervollständigung des DesorptionsVorganges bis der Druck in der Säule einen definierten Druck erreicht, kann die Durchbruchskurve schärfer ausgebildet erhalten werden und die weniger leicht adsorbierbare Gaszusammensetzung kann aus dem Gasgemisch in einem hochreinen Zustand und in einer hohen Ausbeute abgetrennt werden.

Jedoch wenn das verbesserte Adsorptionsverfahren durch

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Vervrendung des spezifischen Adsorbens durchgeführt wird,

wie es noch nachfolgend näher erläutert werden wird, kann hochreiner Sauerstoff, der weniger als 0,1 % Stickstoff enthält, aus der Luft abgetrennt werden.

Jedoch zielt das vorstehend genannte Verfahren auf die Gewinnung der weniger leicht adsorbierbaren Gaskomponente. Wenn das vorstehende Verfahren verwendet wird, um die leicht adsorbierbare Gaskomponente zu gewinnen, das bedeutet, Abtrennen der Gaskomponente, die an dem Adsorbens adsorbiert ist in einer Desorptionsstufe unter einem vermindertem Druck, ist es schwierig, in zufriedenstellender Weise ein hochreines Produkt zu erhalten.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es demgemäß, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, um in einem industriellen Maßstab, die leicht adsorbierbare Gaskomponente in einem hochreinen Zustand aus einem Gasgemisch unter Verwendung eines Adsorbens zu erhalten.

Ein anderes Ziel dieser Erfindung ist es, ein Verfahren zum Abtrennen von Stickstoff in einem hochreinen Zustand aus Luft in einem industriellen Maßstab unter Verwendung des spezifischen Adsorbens zur Verfügung zu stellen.

Eine noch weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Verfahren zur Einzeltrennung von beiden, nämlich der leicht adsorbierbaren Gaskomponente und der weniger leicht adsorbierbaren Gaskomponente aus dem Gasgemisch zur Verfügung zu stellen, um jede in einem hochreinen Zustand durch Verwendung eines Adsorbens zu erhalten.

Ein noch anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es,

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ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, in dem in einem industriellen Maßstab hochreiner Sauerstoff und hochreiner Stickstoff aus Luft abgetrennt durch Verwendung des spezifischen Adsorbens erhalten wird.

Wie die Ergebnisse von verschiedenen Untersuchungen zeigen, hat der Erfinder gefunden, daß durch Spülen der Adsorptionssäule mit einem im wesentlichen reinen Gas, welches die gleiche Zusammensetzung wie das leicht adsorbierbare Gas unter demselben Druck besitzt, wie dieser in der Adsorptionsstufe nach Durchführung der Adsorptionsstufe vorliegt und falls erforderlich, das weniger leicht adsorbierbare Gas abtrennt und vorher die an dem Adsorbens adsorbierte leicht adsorbierbare Gaskomponente gewinnt, indem man das Adsorbens einem Desorptionsvorgang bei vermindertem Druck unterwirft, die leicht adsorbierbare Gaskomponente in einem außergewöhnlich hochreinen Zustand in der nachfolgenden Desorptionsstufe gewonnen werden kann.

In diesem Fall wird das hochreine Spülgas von einer äußeren Gasquelle oder einem Tank in der ersten Stufe zugeleitet. Aber von der zweiten Stufe ab kann das in der Desorptionsstufe gewonnene Gas dafür verwendet werden. Außerdem kann durch Kombinieren des Verfahrens der vorliegenden Erfindung und der Rückführungsstufe, die schon früher durch den gleichen Erfinder gefunden worden ist, die weniger leicht adsorbierbare Gaskomponente in einem hochreinen Zustand zusammen mit der leicht adsorbierbaren Gaskomponente gewonnen werden. Jedoch durch Verwendung des spezifischen Adsorbens, wie es nachfolgend noch in dem Verfahren dieser Erfindung beschrieben wird, kann hochreiner Stickstoff und hochreiner Sauerstoff aus der Luft abgetrennt werden.

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2214&20 - β -

Nun soll die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren in der beigefügten Zeichnung erläutert werden, in der eine Ausführungsform einer Adsorptionssäule zur Durchführung des Verfahrens dieser Erfindung dargestellt ist.

In Pig. 1 ist eine Adsorptionssäule 1 gefüllt mit einem Adsorbens 2, wie Silikagel, Aktivkohle, Zeolith und dergleichen, dargestellt, um eine Adsorptionseinheit zu bilden. Die Adsorptionssäule 1 ist mit einer Einlaßleitung 4, welche ein Ventil 3 hat und einer Auslaßleitung 6 mit einem Ventil 6 ausgerüstet.

Aus Vereinfachungsgründen wird das Beispiel dieser Erfindung für den Fall einer Trennung von Stickstoff oder Stickstoff und Sauerstoff aus Luft unter Verwendung des Adsorbens erläutert. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diesen Fall allein beschränkt. Dies bedeutet, so wie es in den Beispielen dieser Erfindung beschrieben werden wird, daß das Verfahren dieser Erfindung auch auf solche Fälle Verwendung finden kann, wie Kohlendioxydgas und Sauerstoff, wobei jedes in einem hochreinen Zustand aus einem Gemisch dieser Gase getrennt wird. Oder im Falle der Trennung von Wasserstoff und Stickstoff kann jedes in einem hochreinen Zustand aus einem Ammoniakspaltgas hergestellt werden. Es ist auch möglich, wertvolle Komponenten aus den verschiedenen Petroleumcrackgasen und dergleichen zu trennen.

Nun wird in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Einlaß ¹I der Adsorptionssäule 1, die ein Adsorbens mit einer höheren Adsorptionskraft zu Stickstoff als zu Sauerstoff enthält, mit einer Absaugpumpe (nicht dargestellt) verbunden und das Ventil 3 wird geöffnet, während das Ventil 5 geschlossen ist. So wird

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die Säule mit Hilfe der Absaugepumpe evakuiert, um die Komponenten, die an dem Adsorbens adsorbiert sind, zu entfernen. Danach wird Luft, welche von Feuchtigkeit und Kohlendioxyd -zuvor befreit worden ist (nachfolgend als vorbehandelte Luft oder einfachf Luft in dieser Beschreibung bezeichnet) in die Adsorptionssäule durch den Einlaß k eingeführt. Wenn der innere Druck der Adsorptionssäule Normaldruck erreicht, wird das Ventil 5 geöffnet und die Einleitung von Luft wird weiter forgesetzt. Dadurch wird Stickstoff aus der Luft an dem Adsorbens adsorbiert und ein mit Sauerstoff angereichertes Gas wird am Auslaß 6 aus der Säule abgezogen. In diesem Fall ist das so abgezogene Gas nicht so rein, daß es für industrielle Zwecke Verwendung finden kann, falls erforderlich, kann das Gas abgetrennt werden. Wenn die Komponente des Gases am Einlaß 4 fast die gleiche Zusammensetzung wie jene des Gases an dem Auslaß hat, wird die Einleitung von Luft gestoppt. Danach beginnt ein reines Stickstoffgas von einer äußeren Stickstoffquelle in die Säule 1 durch den Einlaß 4 einzutreten. In diesem Falle wird der Druck in der Säule bei dem Druck aufrechterhalten, der so ziemlich der gleiche ist, wie jener bei der Einführung von Luft. Auch da das Ventil 5 am Auslaß 6 der Säule sich in einem offenen Zustand befindet, wenn die Einführung der Luft fortgesetzt wird, wird der Gasübersehuß durch das Ventil 5 aus dem Auslaß 6 der Adsorptionssäule 1 abgeleitet. Durch den Arbeitsvorgang verbleibt Sauerstoff in der Luft in der Säule und das Adsorbens wird durch das Stickstoffgas gespült. In diesem Falle kann das Spülgas in die Adsorptionssäule von einer Seite der Säule eingeführt werden. Z.B. werden gleiche Ergebnisse erhalten, wenn das reine Stickstoffgas in die Säule von der Zuleitung 6 eingeführt wird und aus der Leitung 4 abgeleitet wird.

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Wenn nahezu kein Sauerstoff in dem Gas an dem Auslaß 6 vorhanden ist, in dem Falle der Einführung des Stickstoffgases von dem Einlaß 4, wird die Einführung von Stickstoffgas gestoppt. Das Ventil 5 wird geschlossen und dann wird die Säule 1 durch den Auslaß 4 evakuiert, wodurch der Stickstoff in der Säule und an dem Adsorbens adsorbiert ab^dtrennt wird. Dieser Arbeitsvorgang kann durchgeführt werden . durch Schließen des Ventils 3 und Evakuieren von der Leitung 6 her.

Bei der vorstehend genannten Arbeitsweise kann hochreiner Stickstoff abgetrennt werden und auch eine gewünschte Menge von solch hochreinem Stickstoff kann erhalten werden, indem man das Verfahren wiederholt.

In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können beide von hoher Reinheit, nämlich hochreiner Stickstoff und hochreiner Sauerstoff aus Luft abgetrennt werden. Dies bedeutet nach Durchführung der Desorptionsstufe an der Adsorptionssäule 1 wird reiner Sauerstoff in die Säule von einer äußeren Sauerstoffquelle eingeführt und wenn der eingeführte Sauerstoffdruck in der Säule Normaldruck erreicht, wird Luft von dem Einlaß 4 eingeführt und zu der gleichen Zeit wird hochreiner Sauerstoff aus dem Auslaß 6 gewonnen. In der Stufe ist Stickstoff an dem Adsorbens adsorbiert. Jedoch bevor Stickstoff beginnt in der Gaszusammensetzung an dem Auslaßende: der Säule anwesend zu sein, wird die Einführung von Luft gestoppt und dann wird reiner Stickstoff in die Säule von dem Einlaß 4, wie es vorstehend schon erläutert worden ist, eingeleitet. Dann kann durch Durchführung des gleichen Verfahrens wie vorstehend erläutert, reiner Stickstoff abgetrennt werden. Dies bedeutet, daß gewünschte Mengen an reinem Sauerstoff und reinem Stickstoff aus Luft abgetrennt werden können, indem man das vor-

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- 9 stehend genannte Verfahren wiederholt.

Weiterhin kann man durch Verwendung des spezifischen Adsorbens, wie es nachstehend noch erläutert werden wird, als die dritte Ausführungsform dieser Erfindung sehr hochreinen Stickstoff und sehr hochreinen Sauerstoff aus Luft abtrennen.

Dies bedeutet, daß in der dritten Ausiührungsform dieser Erfindung das Adsorbens verwendet wird, welches durch Pulverisieren mit einer erforderlichen Korngrößenverteilung eines natürlich vorkommenden Tuffs hergestellt wird, der hauptsächlich aus SiO₂₃ AIpO, und HpO besteht und 1 bis 10 Gew.-% Alkali- und Alkalierdmetalloxyde enthält und das Röntgenstrahlanb/eugungsbild besitzt, welches in der Tabelle 1 oder in der Tabelle 2 dargestellt ist und dann dieses Material einer Entwässerungsbehandlung durch Erhitzen auf etwa 350 bis 700⁰C unterworfen hat.

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22 Γ·'320

	8	i	0,1	Tabelle	1	8	Intensität
		0,1			¹ 0,03	10 I/I₀
	-	0,1	Intensität		¹ 0,03	6
	+	0,1	ίο ι/i_o	Gitterentfer	- 0,03	0-1
Gitterentfer	±	0,1	2	nung	- 0,03	3
nung	±	0,05	4	3,23	- 0,03	0-2
13,9	-	0,05	4	3,10	¹ 0,03	1
9,1	+	Oj 10	2	2,90	¹ 0,03	1
6,6	+	0,10	2	2,85	ί 0,03	2
6,5	±	0,10	2	2,71	¹ 0,03	0-4
6,1	i	0,10	2	2,58	i 0,03	0-3
5,83	+	0,05	0-5	2,53	¹ 0,03	0-2
4,55	-	0,03	0-2	2,49	¹ 0,03	2
4,30	-	0,10	0-4	2,47	- 0,02	1
4,26	+	0,05	0-6	2,45	i 0,02	1
4,08		0,03	7	2,04	ί 0,02	1
4,05	±	0,03	2	1,96	ί 0,02	0-2
4,01		0,10	0-4	1,88	- 0,02	1
3,85		1	1,82		1
3,81	10	1,82
3,77	5	1,79
3,48	0-8	1,53
3,40
3,35

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ORJQiNAL

22H320

	ί 0,1	Tabelle	2	Gitterentfer	8	Intensität
	± 0,1			nung	± o 03	10 1/I₀
	± 0,1	Intensität		3,18	- 0y03	4
Gitterentfer	± 0,08	10 I/I O	3,15	¹ 0_}03	4
nung	- 0,08	7	2,99	¹ 0,03	0-1
9,10	^t 0,05	4	2,98	¹ 0,03	4
7,99	^t 0,05	2	2,89	^± 0,03	4
6,82	- 0,10	5	2,85	¹ 0,03	0-2
5,85	* 0,10	2	2,81	- 0,03	3
5,29	- 0_?10	3	2,74	- 0,02	1
5,12	- 0_;10	2	2,53	- 0,03	2
4,67	ί 0.05	0-5	2,49	¹ 0,03	0-4
4,30	^t 0,05	0-2	2,47	ί 0_;02	0-3
4,26	ί ο,ιο	0-4	2,46	- 0,03	2
4,08	i 0,05	0-6	2,45	ί 0^02	0-2
4,05	± 0,03	10	2,02	- 0_;02	0,5
3,98	i ο,ιο	2	1,95	- 0_f02	0,05
3,85	- 0,03	0-4	1,87	ί 0,02	0,5
3,81	¹ 0,03	2	1,81	- 0j02	0-2
3,77	7	1,72		0,5
3,47	0-8
3,34	5
3,35	4
3,22

Das Material, welches in der Tabelle 1 definiert ist,
k^nmt hauptsächlich in den Tohoku- und Chugoku-Distrikton in Japan vor und das Material, welches in der Tabelle 2
definiert ist, kommt in den Tohoku- und Kyushu-Distrikten vor.

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ORIGINAL IKt?ICTED

Da das vorstehend beschriebene Adsorbens, welches in dieser Erfindung in der spezifischen Ausführungsform benutzt wird, durch ein einfaches Verfahren aus einem natürlich in großen Mengen vorkommenden Gestein hergestellt werden kann, wird ein Großteil des Adsorbens mit geringeren Kosten erhalten, als jene Adsorbentien, wie Silikagel, Aluminiumoxyd, aktivierte Kohle und dergleichen. Außerdem ist die Adsorptionskraft des Adsorbens zu Stickstoff im allgemeinen höher als jene vom Molekularsieb 5 A, von dem angenommen wird, daß es das höchste Adsorptionsvermögen unter den synthetischen Zeolithen bei gleicher Temperatur und Druck besitzt. Im besonderen ist das Adsorptionsvermögen des Adsorbens, hergestellt aus dem Tuff mit dem in der Tabelle 1 dargestellen Röntgenstrahlenbeugungsbild, 2,5 mal höher als jenes des Molekularsiebes 5Λ. Weiterhin konnte von einem Wert (spezifische Adsorptionsfähigkeit) bestätigt werden, wie viele Mal· das Konzentrationsverhältnis von Stickstoff zu Sauerstoff an dem Adsorbens höher ist als das Konzentrationsverhältnis von Stickstoff zu Sauerstoff, welches in dem Gas im Gleichgewicht mit dem Adsorbens vorliegt, wobei der Wert für synthetische Zeolithe ungefähr 2,5 beträgt. Einige von den Adsorbentien, hergestellt aus dem natürlich vorkommenden Tuff, wie er schon vorstehend erläutert worden ist, erreichen den Wert 5· Außerdem, da die vorerwähnte ausgezeichnete Eigenschaft zum größten Teil durch die Adsorption von Kohlendioxyd und Feuchtigkeit herabgesetzt wird, ist es erforderlich, Luft zu verwenden, die keine solche störenden Komponenten enthält.

Da das vorstehend erläuterte Adsorbens solche ausgezeichneten Eigenschaften besitzt, kann hochreiner Stickstoff und hochreiner Sauerstoff aus der Luft in. großem industriellen Maßstab durch das verstehend erwähnte Verfahren ⁺adsorbiert

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dieser Erfindung gewonnen werden und zwar wie schon erläutert, unter Verwendung des vorstehend erläuterten Adsorbens.

Die vorstehend genannte Dehydrataiäcnsbehandlung für das Gestein wird durchgeführt, um das dem Gestein anhaftende Wasser und das Kristallwasser des Gesteines zu entfernen. Diese wird im allgemeinen durch Erhitzen des Gesteins auf etwa 350 bis 700⁰C, vorzugsweise auf 400 bis 600°C, durchgeführt. Wenn die Erhitzungstemperatur niedriger als 35O°C ist, besitzt das hergestellte Adsorbens geringes Adsorptionsvermögen, während,wenn die Temperatur höher als 700⁰C ist, die Struktur des Gesteins in einem solchen Ausmaß wechselt, daß es nur noch spärlich zum praktischen Gebrauch geeignet ist. Wie es in den Beispiden 4, 5 und 6 gezeigt werden wird, konnte durch Verwendung dieser Adsorbentien hochreiner Stickstoff und Sauerstoff von etwa 30 bis 95$ Reinheit aus der Luft mit einem guten Wirkungsgrad abgetrennt werden.

Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf das Beispiel für die Trennung von Stickstoff oder Stickstoff und Sauerstoff aus der Luft erläutert, aber die gleiche Erläuterung kann für die Trennung von anderen Gasgemischen Verwendung finden, indem man Stickstoff als eine leicht adsorbierbare Komponente berücksichtigt und Sauerstoff als weniger leicht adsorbierbare Komponente in einem solchen Gasgemisch entsprechend berücksichtigt.

Die bemerkenswerten Vorteile dieser Erfindung werden deutlich bei den folgenden Beispielen.dieser Erfindung hervortreten. So ist Beispiel 1 ein Vergleichsfall,bei clam Kohlendioxydgas und Sauerstoff aus einer Mischung derselben unter Verwendung von Aktivkohle gemäß einem herkömmlichen Verfahren getrennt werden, das bedeutet,

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ohne Anwendung des Spülvorganges mit einem hochreinen Kohlendioxydgas, bevor man den DesorptionsVorgang durch Evakuieren durchführt. Die Reinheit des Kohlendioxyd- und Sauerstoffgases, vrelches durch das herkömmliche Verfahren erhalten wurde, betrug nur 93,7 % bzw. 84,5 %>

Andererseits betrug bei dem Verfahren nach Beispiel 2, welches die erste Ausführungsform des Verfahrens dieser Erfindung betrifft, die Reinheit des Sauerstoffs 8*1,5 %, aber die Reinheit des Kohlendioxydgases erreichte einen hohen Wert von 99,95^· Außerdem war die erhaltene Menge des Kohlendioxydgases wesentlich größer als die Menge, die für den Saugvorgang verwendet wurde. Weiterhin wird im Beispiel 3, in dem die zweite Ausführungsform dieser Erfindung Verwendung findet, Sauerstoff mit einer Reinheit von 9555 erhalten und die Reinheit des Kohlendioxydgases betrug 99j95?, wodurch gezeigt wurde, daß die beiden Komponenten vollständig aus dem Gasgemisch getrennt sind.

Dasselbe gilt für die Beispiele 4, 5 und 6, worin die durch Behandlung der natürlich vorkommenden Tuffgesteine hergestellten Adsorbentien verwendet wurden, um Stickstoff oder Stickstoff und Sauerstoff aus der Luft abzutrennen. Beispiel h wurde gemäß einem herkömmlichen Verfahren durchgeführt, während das Beispiel 5 gemäß der ersten Ausführungsform des Verfahrens dieser Erfindung durchgeführt wurde und das Beispiel 6 wurde gemäß der zweiten Ausführungsform dieser Erfindung durchgeführt.

In Beispiel 4 betrug die Reinheit des reinsten gewonnenen Sauerstoffs nur 5335 (Maximalkonzentration 655?) · Ebenso wenn das Gewinnen von Sauerstoffgas fortgesetzt wurde bis die Zusammensetzung des Gases am Auslaß der

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von Luft entsprach, betrug die Reinheit des so gewonnenen sauerstoffreichen Gases nur kl%. Auch betrug die Reinheit von Stickstoff im Beispiel 4 nur 91,5£, während die Reinheit des im Beispiel 5 gewonnenen Stickstoffs 99,94 % betrug. Weiterhin betrug im Beispiel 6 die Reinheit des erhaltenen Sauerstoffs einen Wert von 93%·

Die Erfindung wird nun praktisch unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Eine Adsorptionssäule mit einem Innendurchmesser von 5 cm und einer Höhe von 90 cm wurde mit 940 g Aktivkohle aus Kokosnußschalen gefüllt. Die Kolonne wurde zuerst durch eine Absaugepumpe evakuiert und wenn der Innendruck der Säule 20 mm Hg erreichte, wurde ein 1:1 Gemisch aus Sauerstoff und Kohlendioxyd und zwar im Volumenverhältnis in die Säule eingeführt, um den Druck auf Normaldruck ansteigen zu lassen und danach wurde das Gasgemisch durch die Säule mit einer Geschwindigkeit von 4 Liter pro Minute bei Raumtemperatur und unter normalen Druck geleitet. Wenn die Konzentration des Gases am Auslaß nahezu die gleiche wie am Einlaß war, wurde die Einleitung des Gasgemisches gestoppt. Das Volumen.des so gewonnenen Gases betrug 13,5 Liter und der Gehalt an Sauerstoff in dem gewonnenen Gas betrug 84,5 % und der Rest bestand aus Kohlendioxydgas. Danach wurde die Säule evakuiert und das Gas wurde gesammelt bis der Innendruck der Säule 20 mm Hg betrug. Das Volumen des so gesammelten Gases betrug unter Normaldruck und Normaltemperatur 11,5 Liter und es enthielt 93,7 % Kohlendioxydgas. Der Rest bestand aus Sauerstoff.

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Beispiel 2

Es wurde das gleiche Verfahren wiederholt wie im Beispiel 1 beschrieben, indem man die gleiche Adsorptionskolonne und das Adsorbens benutzte, jedoch mit der Ausnahme, daß das Desorptionsverfahren nach dem Einleiten von 9*0 Litern Kohlendioxydgas von 99»9% Reinheit durchgeführt wurde. Der Gehalt an Sauerstoff in dem Gas am Auslaß der Säule betrug am Ende des Arbeitsganges weniger als 1%. Da^ Volumen des Kohlendioxydgases, welches durch Evakuieren an der Säule bis der Innendruck der Säule 20 mm IJg erreichte, gewonnen wurde, betrug unter Normaltemperatur und Normaldruck 18,0 Liter und die Reinheit des Kohlendioxydgs war 99>95%*

Beispiel 5

Das gleiche Arbeitsverfahren ,wie im Beispiel 2 beschrieben, wurde benutzt, jedoch mit der Ausnahme, daß vor Durchführung des Arbeitsvorganges Sauerstoff mit 95,0? Reinheit in die Säule eingeleitet wurde, bis der Druck Normaldruck erreichte, ohne Einführung des Gasgemisches aus Sauerstoff und Kohlendioxyd unmittelbar nach der Initialdesorption durch Evakuieren. Das Volumen des Sauerstoffgases betrug 18 Liter und dessen Reinheit war 9555. Ebenso betrug das Volumen des Kohlendioxydpases, welches so abgetrennt wurde, 18,0 Liter mit einer Reinheit von 99,95 %>

Beispiel 4

Eine Desorptionssäule mit einem Innendurchmesser von 5 cm und einer Länge von 140 cm wurde benutzt. Das verwendete Adsorbens wurde aus einem Tuff, der in dem Chugoku-Distrikt in Japan vorkommt, hergestellt. Als Ergebnis von chemischen Analysen wurde für das Gestein folgende Zusammensetzung ermittelt: SiOp 69,86*, Al₃O₃ 11,70%, Fe₂O₅ 1,7655, MgO in Spuren, CaO 1,72*,

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₂O 2,9¹^ , K₂O 1,79# und F₂O 10,76$.

Ebenso zeigte das Röntganstrahlenbeugungsbild, daß es sich in den Zahlenbereichen, welche in der Tabelle 1 angegeben sind, bewegte.

Das Gestein wurde bis zu einer Korngröße von 10 bis 20 mesh pulverisiert und für eine Stunde auf 55O°C erhitzt, während trockene Luft herübergeleitet wurde und es wurde unter abgeschlossenen Bedingungen abgekühlt. Danach wurden 2,35 kg von diesem Produkt in die vorstehend genannte Säule eingefüllt. Die Adsorptionssäule wurde mit einer Vakuumpumpe verbunden und die Säule wurde evakuiert bis der Innendruck der Säule 50 mm Hg erreichte. Dann wurde Luft, aus der Feuchtigkeit und Kohlendioxyd entfernt worden war, in die Säule_?bis ein Normaldruck erreicht wurde, eingeleitet und danach ließ man die Luft weiter durch die Säule mit einer Geschwindigkeit von 3 Litern pro Minute hindurchtreten. In diesem Fall ist der Innendruck der Säule nahezu bei Atmosphärendruck aufrechterhalten worden. Die Maximumkonzentratxon des Sauerstoffs ,in dem aus der Säule austretenden Gas, betrug 65/6 und wenn das aus der Säule austretende Gas gesammelt wurde bis die Konzentration einen Sauerstoffgehalt von 35Ϊ erreichte, betrug das Volumen davon 6,3 Liter. Die mittlere Konzentration des Sauerstoffs in dem abgetrennten öas betrug 53%· Ebenso,wenn die Einführung der Luft fortgesetzt wurde, bis der Gehalt an Sauerstoff in dem Gas an dem Auslaß 22? erreichte, betrug das Volumen des Gasproduktes, welches gewonnen wurde, 11,7 Liter und die mittlere Sauerstoffkonzentration betrug

Nachdem das vorstehend genannte Verfahren vorüber war, wurde die Säule auf 50 mm Hg evakuiert und das Volumen

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des gewonnenen Gases betrug unter Normaldruck 21,1 Liter und die mittlere Sauerstoffkonzentration des Gases betrug 8,5 %-

Das gleiche Verfahren, wie im Beispiel 4 ,wurde durchgeführt, jedoch mit der Ausnahme, daß nach Beendigung der Einführung von Luft in die Säule, Stickstoff mit 99,9? Reinheit in die Säule von einem Ende eingeleitet wurde, während man den Innendruck der Säule auf nahezu Normaldruck hielt und die Gasinnenseite der Säule von dem entgegengesetzten Ende der Säule entladen wurde. Wenn 12 Liter Stickstoffgas in die Säule eingeführt waren, betrug der Gehalt an Sauerstoff in dem aus der Säule abgenommenen Ga3 etwa 1%. Danach wurde die Säule mit Ulfe einer Absaugepumpe evakuiert bis der Druck 50 mm Hg erreichte. Das Volumen des gewonnenen Gases betrug 24,5 Liter und die mittlere Sauerstoffkonzentration in dem Gas war nur 0,06.?.

Beispiel 6

Das gleiche Verfahren,wie im Beispiel 5 beschrieben, wurde ausgeführt, jedoch mit der Ausnahme, daß ohne Einführung von Luft in die Säule sofort nach idem Ende der ersten Evakuierung zur Desorption. Sauerstoff von 95£iger Reinheit zuerst eingeführt wurde bis der Innendruck der Säule nahezu Normaldruck erreichte, wozu 10,7 Liter Sauerstoff erforderlich waren. Dann wurde Luft in die Säule eingeführt, während man den Innendruck der Säule auf nahezu Normaldruck hielt. Wenn das sauerstoffreiche Gas aus der Säule austrat, wurde es gesammelt, bis der Gehalt an Sauerstoff in dem Gas am Auslaßende der Säule 65* betrug. Das Volumen betrug 14,7 Liter und die mittlere Sauerstoffkonzentration des Gases betrug 93 %· Ebenso, wenn das sauerstoffreiche Gas gewonnen wurde, bis die Konzentration an Sauerstoff in dem Gas an dem Auslaßende

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21,5 % erreichte, wurde 19»Β Liter des Gases erhalten und die mittlere Sauerstoffkonzentration war 1H %. Das Volumen von reinem Stickstoffgas, welches zum Spülen der Säule erforderlich war, und das Volumen und die Reinheit des Stickstoffgases, welches bei der Evakuierungsstufe gewonnen wurde, waren nahezu die Gleichen, wie diese im Beispiel 5·

Nachdem die Erfindung vorstehend hauptsächlich in Bezug auf die grundsätzlichen Ausführungsformen dieser Erfindung beschrieben wurde, bei der man eine einzige Adsorptionssäule verwendet, soll jetzt erläutert werden, daß das Verfahren dieser Erfindung wesentlich wirksamer im industriellen Maßstab ausgeführt werden kann, indem man eine Mehrzahl von solchen Adsorptionssäulen verwendet; solche Arbeitsweisen sollen jetzt nachstehend im einzelnen beschrieben werden.

Wie vorstehend erläutert, besteht die Ausbildung der vorliegenden Erfindung darin, daß zum Spülen der Adsorptionssäule mit einem reinen Gas, ein solches Gas verwendet wird, welches die gleiche Zusammensetzung hat, wie jene der leicht adsorbierbaren Komponente unter dem gleichen Druck wie dies in dem Adsorptionsverfahren vor dem Arbeitsgang der Desorptionsstufe der Fall ist. Das für die Adsorptionssäule zum Spülen verwendete Gas kann von einer äußeren Quelle in der ersten Spülstufe zugeleitet werden. Zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung, um es wirtschaftlich und als abhängiges Trennungsverfahren durchauführen, ist es erforderlich, das erhaltene Gas aus der vorhergehenden Desorptionsstufe als das Spülgas danach zu verwenden. Dies bedeutet, daß die Menge der leicht adsorbierbaren Komponente, die in einem Desorptionszyklus abgetrennt wird, die Menge des desorbierten Gases minus der Menge des benötigten Spülgases

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zum Spülen der Adsorptionssäule sein muß. Deshalb ist es erforderlich, um die leicht adsorbierbare Komponente wirksam und wirtschaftlich zu trennen, die Menge des Spülgases auf einen so klein wie möglichen Betrag herabzusetzen.

Andererseits, wenn die Menge des Spülgases herabgesetzt wird, wird die weniger leicht adsorbierbare Komponente dazu neigen, in der Adsorptionssäule zu verbleiben und dadurch das desorbierte Gas in der Desorptionsstufe verunreinigen. Deshalb ist das in der Desorptionsstufe gewonnene desorbierte Gas als Spülgas in der nachfolgenden Spülstufe ungeeignet und es wird unmöglich, die leicht adsorbierbare Gaskomponejite in einem hochreinen Zustand abzutrennen. Mit anderen Worten, wenn die Ausführungsform, die in der Fig. 1 dargestellt ist, in einem industriellen Maßstab ausgeführt wird, um die leicht adsorbierbare Gaskomponente in einem hochreinen Zustand zu erhalten, wird die Ausbeute von derselben herabgesetzt werden.

Aber ein derartiges Problem kann: nicht so schwierig sein, wenn die Durchbruchkurve für die weniger leicht aisorbierbare Gaskomponente und die leicht adsorbierbare Gaskor,iponente in der Adsorptionssäule genügend scharf und flach ist, aber es wird eine ernstliche Schwierigkeit, wenn die Teilchengröße des Adsorbens groß ist, der Durchmesser der Adsorptionssäule im Vergleich mit der Länge der Säule zu groß ist und eine Kombination einer derartigen Adsorbensart und der Gaskomponentenart, die daran zu adsorbieren ist, vorliegt, benötigt man eine lange Zeitperiode, um -das Desorptionsgleichgewicht herzustellen und die Zeitperioden, die erforderlich sind, um die Adsorption, Desorption und die Spülvorgänge durchzuführen, sind abgekürzt.

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2 2H8

Weiterhin kann, wie vorstehend erläutert, das Verfahren dieser Erfindung ausgeführt werden, indem man die drei Stufen von Adsorption, Spülen und Desorption oder durch Wiederholen der vier Stufen aus Rückführung, Adsorption, Spülen und Desorption durchführt und so in der Anlage eine einfache Adsorptionssäule verwendet, wie es in Pig. 1 dargestellt ist. Es ist schwierig, kontinuierlich das Rohgas, welches in seine Komponenten getrennt werden soll in die Adsorptionssäule einzuleiten und weiterhin kann das so getrennte Gasprodukt nur in einer diskontinuierlichen Art und Weise abgetrennt werden. Demgemäß kann das Verfahren dieser Erfindung, welches in Fig. 1 dargestellt ist, ungeeignet für eine Apparatur oder als eine Vorrichtung sein, um das Verfahren in einem industriellen Maßstab durchzuführen.

Deshalb wird zur Durchführung des Verfahrens dieser Erfindung^ wie es vorstehend als eine Aus führungs form der grundsätzlichen Einheit für das Verfahren dargestellt ist, für ein industrielles und kontinuierliches Verfahren die in Pig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen als geeignet angegeben. Dies bedeutet, daß das Verfahren dieser Erfindung wirksamer in einem industriellen Ma£3tab, ohne daß es mit den vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten behaftet ist, durchgeführt werden kann. Deshalb werden diese Ausführungsformen nachfolgend im einzelnen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert werden.

Nun wird in Fig. 2 eine industriell verwendbare Ausführ ungsfοrra dieser Erfindung gezeigt, in der jede der Adsorptionssäulen 16, 17 und 18 mit einer Adsorbens-Füllung verwendet werden. Die Ziffern von 1 bis 15 stellen Ventile dar. Die Ziffer 18 ist ein Zuführungsgasgebläse, die Ziffer 20 bedeutet ein Gebläse für die

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GRlQIMAL

2? U

leicht adsorbierbare Gaskomponente und die Ziffer 21 zeigt eine Vakuumpumpe, die im Falle der Durchführung der Desorptionsstufe unter einem niederen Druck als Atmosphärendruck Verwendung findet. Die Verwendung der Vakuumpumpe 21 ist nicht erforflerlieh, wenn die Adsorptionsstufe unter Druck durchgeführt wird und die Desorptionsstufe bei Normaldruck erfolgt. Weiterhin bedeutet die Ziffer 25 einen Speisegaseinlaß, die Ziffer 24 zeigt einen Auslaß für die leicht adsorbierbare Gaskomponente, die Ziffer 23 zeigt einen Auslaß für die weniger leicht adsorbierbare Gaskomponente oder für ein mit der weniger leicht adsorbierbaren Gaskomponente angereichertes Gas an. Die Ziffer 26 stellt einen Tank für die weniger leicht adsorbierbare Gaskomponente dar. Die Stellungen der Ventile 1 bis 15 in jeder Stufe sind in der Tabelle 3 dargestellt, in der das Zeichen (+) das Ventil in einer offenen Stellung und die Marke (-) das Ventil in einem geschlossenen Zustand darstellt.

Beispielsweise geht aus der Tabelle 3 und Fig. 2 hervor, daß die Adsorptionssäule 16 in dem Arbeitszyklus mit der Nr. 1 oder 2 desorbiert wird und die Adsorptionssäule 17 desorbiert wird in dem Arbeitszyklus Nr. 3 oder 4 und die Adsorpfcionssäule 18 in dem Arbeitszyklus Nr. 5 oder 6.

Weiterhin kann daraus entnommen werden, daß in dem Arbeits zyklus Nr. 1 der Tabelle 3 die Adsorptionssäule 16 sich in einer Desorptionsstufe befindet und die Säule 17 ruht und die Säule 18 sich in einer Adsorptionsstufe zum Adsorbieren der leicht adsorbierbaren Gaskomponente durch Einführung eines Speisegases befindet.

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77 M

Tabelle 3 - Stellung eines jeden Ventils

Arbeitszyklus VentilT^"^-^.	Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 Nr. 4 Nr.5 Nr.6
1 2 3	+ + + + + + - - -
Il 5 6	+ + + + HB SB. OM »■■ -J)- X
7 8 9	BB> ■■ T^ » BB Λ- mm ■■> ·" -Io β· a«
10 11 12	■β -.-· ■ L BB a· - - - + + -
13 IiJ 15	- - + - — ·» Β» — — J- + - - ' _

In dem Arbeitszyklus Nr. 2 befindet sich die Adsorptionssäule 16 in der Desorptionsstufe₃ wie in der vorgehenden Stufe (dem Arbeitszyklus Nr. I)₃ aber da das Gas in dem Tank 22 für die leicht adsorbierbare Gaskomponente durch das Ventil 8 zu der Adsorptionssäule 17 mit Hilfe des Gasrebläsos 20 geleitet wird, wird die Säule 17 durch die leicht adsorbierbare Gaskomponente, die so eingeführt wurde, gespült. In diesem Falle befindet sich das Ventil 2

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in einem geschlossenen Zustand und das Ventil 3 in einem offenen Zustand und so kann das Gas, welches eine gewisse Menge der weniger leicht adsorbierbaren Gaskomponente enthält, von der entgegengesetzten Seite der Säule 17 abgezogen werden und wird in die Adsorptionssäule 18 durch das Ventil 15 eingeführt. Demgemäß, wenn die Spülung der Adsorptionssäule 17 genügend durchgeführt ist bis das ausströmende Gas aus der Säule 17 fast aus der leicht adsorbierbaren Gaskomponente besteht, kann das ausströmende Gas wirksam verwendet werden, um die Adsorptionsäule 18 vorzuspülen, was im erheblichen Umfange dazu beiträgt, um die Menge des Spülgases einzusparen.

Zusätzlich ist auch gefunden worden, daß wenn das gleiche Verfahren in der Anlage_f wie diese in Fig. 2 dargestellt ist, durchgeführt wird, in Übereinstimmung mit den Arbeitszyklen_swie diese in der Tabelle 4 angegeben sind, die vorstehend genannten Vorteile vollständig verloren gegangen sind und die Menge dec hochreinen leicht adsorbierbaren Gaskomponenten durch eine Desorptionsstufe erhalten, erheblich herabgesetzt ist. Dies ist der Fall, wenn die Anlage gemäß Fig. 2 so bedient wird, daß in den Arbeitszyklen, wie diese in der Tabelle 4 dargestellt sind, das Rückführungsgas von dem weniger leicht atlsorbierbaren Gas, das leicht adsorbierbare Gas zum Spülen und dergleichen nacheinander in jede Säule eingeleitet werden und das System so bedient wird, ohne daß die Säulen ruhen. Auch in einem solchen Falle, bei dem in jeden Zyklus des Arbeitszyklus mit den Zahlen 2,4 und 6 zwei Adsorptionssäulen in Serie verbunden sind, und so die verbundene Säule dem Vorspülungsarbeitsgang durch das ausströmende Gas von der ersten Säule unterworfen werden kann, so ist es ersichtlich, daß bei einer solchen Arbeitsweise daraus keine Schwierigkeiten

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entstehen. Jedoch tritt tatsächlich bei der Arbeitsweise gemäß den Arbeitszyklen, die in der Tabelle 4 gezeigt sind, eine große Herabsetzung in der Wirksamkeit auf; im Vergleich mit der Arbeitsweise mit den Arbeitszyklen, die in der Tabelle 3 dargestellt sind. Die Gründe hierfür werden wie folgt angenommen.

Tabelle 4 - Stellung eines .jeden Ventils

Arbeitszyklus Ventii^^	Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 Nr. 4 Nr. 5 Nr. 6
1 2 3	+ + + + - - - + + + + + -
4 5 6	+ + + + + +
7 8 9	----- + •~ J» «· ^ _mm ^ _mm · ^_- ^
10 11 12	_β ι ^ _ +
13 14 15	₊ ·--■—. — — Jp +

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So ist in der Arbeitsweise gemäß den Zyklen der Tabelle beispielsweise die Säule 18 durch das ausströmende Gas aus der Säule 17 in dem Arbeitszyklus Nr. 2 vorgespült, aber in dem Rest des Arbeitszyklusses Nr. 3 wird kein Gas in die Säule 18 von außen in die Stufe eingeführt. Deshalb wi:?d der Teil der Adsorptionssäule 18, der zu der Seite mit dem Ventil 15 verbunden ist, weiter durch die reine leicht adsorbierbare Gaskomponente in dem nachfolgenden Arbeitszyklus 4 in einer solchen Weise gespült werden, daß der Teil durch die ziemlich reine leicht adsorbierbare Komponente in dem vorhergehenden Operationszyklus 3 vorgespült worden ist. Andererseits werden in den Arbeitszyklen, die durch die Zyklen in der Tabelle 4 dargestellt sind, die Abläufe bis zu dem Arbeitszyklus 2 die gleichen sein wie vorstehend, aber ein Zuführungsgas wird in die Adsorptionssäule 18 in dem Arbeitszyklus 3 eingeführt und dann wird die Säule 18 erneut durch die leicht adsorbierbare Gaskomponente in dem nachfolgenden Arbeitszyklus JJ ^öapült. Demgemäß wird die Verteilung der leicht adsorbierbaren Gaskomponente in der Adsorptionssäule 18 erschwert und ebenso wird die verbrauchte Menge der leicht adsorbierbaren Gaskomponente zum Spülen erhöht, wodurch sich ein& Herabsetzung der Wirksamkeit durch das ganze Verfahren ergibt.

Nun_}wenn man zu der Arbeitsweise gemäß den Zyklen der Tabelle 3 zurückkehrt, wenn noch recht wenig leicht adsorbierbare Gaskomponente in dem Gas am Gasauslaß der Adsorptionssäule 17 in dem Epülarbeitsgang sichtbar wird, wird lie Anlage in den Zyklus überführt, der durch den Arbeitszyklus Nr. 3 in der Tabelle 3 dargestellt ist. In diesem Zyklus wird die Adsorptionssäule 17 der Desorptionsarbeitsstufe unterworfen, wobei die adsorbierte leicht adsorbierbare Gaskomponente desorbiert und

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in dem Tank 22 mittels der Puäpe 21 gelagert wird. Ein Teil des so gelagerten Gases wird als Spülgas für die Säule 18 in dem nachfolgenden Arbeitszyklus (Arbeitszyklus Nr. U) verwendet und das zurückbleibende Gas kann als das Produkt abgezogen werden. Ähnlich wird in der Stufe mit dem Arbeitszyklus Nr. 4 die Adsorptionssäule 18 durch das Gas von dem Tank 22 gespült, wie es gerade vorstehend erläutert wurde, und gleichzeitig wird die Adsorptionssäule 16 vorgespült, und weiter in der Stufe mit dem Arbeitszyklus Nr. 6 wird die Adsorptionssäule 16 durch das in dem Tank 22 gelagerte Gas gespült und die Adsorptionssäule 17 wird vorgespült.

Wie schon vorstehend erläutert, werden die Stufen der Arbeitszyklen mit den Nummern 1, 2, 3, 4, 5 und 6 nacheinander überführt, wenn die Konzentration der leicht adsorbierbaren Gaskomponente in dem Gas an der Auslaßseite einer jeden Adsorptionssäule in der Spülstufe einen vorbestimmten Wert erreicht, und es kann leicht eingesehen werden, daß die Konzentration der leicht adsorbierbaren Komponente in dem Gas ausgeführt oder durch ein geeignetes Mittel bestätigt werden kann, wie z.B. Densitometer für eine solche Gaskomponente, welches an oder nahe der Auslaßseite einer jeden Adsorptionssäule aufgestellt wird. Es sei noch bemerkt, daß durch einen vorläufigen Versuch die Beziehung der Variation der Konzentration des leicht adsorbierbaren Gases in dem Gas an der Auslaßseite der Adsorptionssäulen mit Hilfe der Durchlaufzeit bestätigt wurde. Ein einfacher Arbeitsgang ist der Austausch der Zyklen für eine jede vorbestimmte Zeitperiode mit Hilfe z.B. eines Zeitmessers, wenn die Zusammensetzung des Speisegases von der Leitung 25, wie auch seine Zuflußmenge konstant sind Die Menge und die Reinheit des Spülgases von dem Gebläse sind konstant und ebenso sind die Adsorptionskräfte der

^{: n} 3 3/, 2 / 1 ü b 5

- 28 Adsorpticnssäulen 16, 17 und 18 konstant.

Auch das Verfahren der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie dies vorstehend aufgezeigt wurde, kann in der Anlage, die in der Fig. 2 dargestellt ist, ausgeführt werden, indem man andere Ventile als die Ventile 1, 2 und 3 in Übereinstimmung mit der Arbeitsweise, die in der Tabelle 3 gezeigt ist, arbeiten läßt, aber beim Betätigen des Ventiles 1 ist so zu verfahren, daß das Ventil sich in einem geschlossenen Zustand in der Stufe des Arbeitszyklus mit der Nr. 3 der Tabelle 3 befindet bis der Innendruck der Adsorptionssäule 16 ziemlich den Druck in der Adsorptionsstufe erreicht und es ist in einem offenen Zustand in der letzten Periode des gleichen Zyklus, wenn man das Ventil 2 so bedient, daß das Ventil sich in einem geschlossenen Zustand in der Stufe des Arbeitszyklus Nr. 5 befindet bis der Innendruck der Adsorptionssäule 17 den Druck in der Adsorptionsstufe erreicht, aber sich in einem offenen Zustand in der letzten Periode von dem gleichen Zyklus befindet. Man bedient das Ventil 3 so, daß das Ventil sich in einem geschlossenen Zustand in der Stufe des Arbeitszyklus Nr. 1 befindet bis der Innendruck der Adsorptionssäule 18 den Druck in der Adsorptionsstufe erreicht, aber es befindet sich in einem offenen Zustand in der letzten Periode des gleichen Zyklus. In dieser Ausführungsform ist die Verwendung des Tanks 26 für die weniger leicht adsorbierbare Gaskomponente nicht erforderlich.

Zusätzlich kann die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie vorstehend erläutert worden ist, in der Anlage ausgeführt werden, wie in der Pig. 2 dargestellt ist, indem man andere Ventile als die Ventile 10, Il und 12 in Übereinstimmung mit der in der Tabelle

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dargestellten Arbeitsweise bedient, aber man bedient das Ventil 10 so, daß das Ventil sich in einem geschlossenen Zustand in der Stufe mit dem Arbeitszyklus Nr. 3 befindet .bis der Innendruck der Adsorptionssäule 16 den Druck in der Adsorptionsstufe erreicht und es befindet sich in einem offenen Zustand in der letzten Periode des Zyklus Man stellt das Ventil 11 so ein, daß dieses Ventil sich in einem geschlossenen Zustand in der Stufe mit dem Arbeitszyklus Nr. 5 befindet bis der Innendruck der Adsorptionssäule 17 den Druck in der Adsorptionsstufe erreicht hat, befindet sich jedoch in einem offenen Zustand in der letzten Periode des gleichen Zyklus. Man bedient das Ventil 12 so, daß das Ventil sich in einem geschlossenen Zustand befindet bis der Innendruck der Adsorptionssäule 18 den Druck in der Adsorptionsstufe erreicht, aber befindet sich in einem offenen Zustand in der letzten Periode des gleichen Zyklus.

Wie schon vorstehend erläutert, wurden das typische Beispiel zur wirksamen Ausführung des Verfahrens dieser Erfindung,bei dem man 3 Adsorptionssäulen verwendet, unter Bezugnahme auf das System oder auf die Anlage, welche in Hg. 2 dargestellt ist, beschrieben. Der Erfinder hat weiterhin verschiedene wirksame Verfahren zum praktischen Durchführen der Erfindung untersucht und wie auch ihre Ergebnisse und hat eine andere Ausführungsform, wie diese in der Fig. 3 auf den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, gefunden. Bei der Ausführungsform, die in Pig. 3 dargestellt ist, kann die weniger leicht adsorbierbare Gaskomponente und die leicht adsorbierbare Gaskomponente gleichzeitig in hochreinen Zuständen getrennt werden und zwar injjedem Falle mit guten Ausbeuten. Weiterhin können in der Ausführungsform die Gasgebläse 19 und 2o sum kontinuierlichen Hindurchleiten von Gasen in die Anlage eine relativ niedrige

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Kapazität haben. So wird das Verfahren der Ausbildung wesentlich wirksamer und wird zur Ausführung des Verfahrens dieser Erfindung in einem industriell und wirtschaftlichen Umfang bevorzugt.

In der Fig. 3 bedeuten die Ziffern von 1 bis 20 Ventile. Die Ziffern 21, 22, 23 und 2k sind Adsorptionssäulen und jede enthält ein Adsorbens. Die Ziffer 25 ist ein Gebläse für das Speisegas ,und die Ziffer 26 ist ein Gebläse für die leicht adsorbierbare Gaskomponente. Die Ziffer 27 stellt eine Vakuumpumpe dar, die Verwendung findet, wenn man den DesorptxonsVorgang unter vermindertem Druck durchführt. Die Pumpe 27 ist nicht erforderlich, wenn die Adsorption unter Druck durchgeführt wird und die Desorption unter Normaldruck erfolgt. Die Ziffer 28 ist ein Tank zum Lagern der leicht adsorbierbaren Gaskomponente und die Ziffer 29 bedeutet einen Tank zum Lagern der weniger leicht adsorbierbaren Gaskomponente. Die Ziffer 30 zeigt einen Auslaß für das Gasprodukt, welches aus der hochreinen leicht adsorbierbaren Gaskomponente besteht und die Ziffer 30 zeigt einen Auslaß für das Produktgas, welches aus der hochreinen weniger leicht adsorbierbaren Gaskomponente besteht. Weiterhin stellt die Ziffer 32 einen Einlaß für das Speisegas dar, welches in jede seiner einzelnen Komponenten zu trennen ist.

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Tabelle 5

Stellung eines .jeden Ventils

Nr.1 Nr.2 Nr.3 Nr.k Nr.5 Nr.6 Nr.7 Nr.8 j

So kann durch Bedienen der H-Säulenanlage, wie es in der Fier. 3 i'arpiestellt ist, in Übereinstimmunß mit der Arbeitsweise, wie sie in rta· Tabelle 5 Gezeigt ist, das

'^i^^n durch die weniger leicht adsor-

2 0 9 ii W I I' ti b

BAD ORKBJNAL

bierbare Gaskomponente, die Adsorption dor leicht sdsorbierbaren Gaskomponente in dem Speisepas, der Spülvorgang durch die reine leicht adsorbierbare Gaskompononte unter dem Druck, der nahezu der gleiche ist wie in der Adsorptionsstufe₃ durchgeführt werden. Die Desorption wird unter einem Druck, der niedriger als der Druck in der Adsorptionsstufe ist, nacheinander durchgeführt und in einer Reihenfolge, bei der jede Adsorptionssaule und das wirksamere Verfahren der zweiten Ausführungform dieser Erfindung einschließlich des Rückspülarbeitsganges bei dem erläuterten Prozeß praktiziert werdenkkann. Dies bedeutet, daß das Verfahren, wie es vorstehend erläutert wird, die hochreine leicht adsorbierbare Gaskomponente durch die Leituno; 30 in einer hohen Ausbeute mitgezogen werden kann und gleichzeitig die hochreine weniger leicht adsorbierbare Gaskomponente ebenfalls durch die Leitung 31 ahr-ezogen werden kann.

Ebenso wird es church das noch folgende Beispiel 7 dieser Erfindung klar, wie das Verfahren dieser Erfindung, welches im Beispiel 3 verdeutlicht ist, ausgezeichnet bei der praktischen Verwendung funktioniert. Dies bedeutet, daß die Dimensionen einer jeden Adsorptionssaule und die Natur und die Menge des Adsorbens, welches im Beispiel 7 verwendet werden₃ vollständig gleich waren wie jene, die in den vorstehend aufgezeigten Beispielen dieser Erfindung Verwendung fanden, aber die Teilchengröße des Adsorbens im Beispiel 7 betrug 4 - 6 mesh, welche erheblich kleiner ist als die Korngröße dos in den Beispielen 4 bis 6 verwendeten Adsorbens. Ebenso war die Menge des Speisegases, welche 3 Liter pro Minute im Beispiel 7 betrug, war damit um dreimal größer als der Lufteinströmwert in den Beispielen 4 bis 6. Weiterhin war der

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Endvakuumdruck 73 mm Hg im Beispiel 7, während er 50 mm Hg in den Beispielen 4-6 betrug.

Dadurch daß die verschiedenen Bedingungen im Beispiel 7 zur Durchführung der Trennung von Sauerstoff und Stickstoff aus Luft im Vergleich mit den Bedingungen in den Beispielen 4 bis 6 unvorteilhaft waren, war die Menge und die Reinheit des erhaltenen Stickstoffgases im Beispiel 7 nahezu die gleiche wie jene in den Beispielen 4-6. Dies ergibt sich daraus, wie es nachfolgend noch beschrieben wird, daß im Beispiel 7 der Desorptionszyklus alle 1,5 Minuten wiederholt wurde und ein hochreines Stickstoffgas von 99»98 bis 99*96 % Reinheit wurde in einer Rate von 480 Litern pro Stunde gebildet. Deshalb beträgt das Volumen des so erhaltenen Stickstoffgases 12 Liter pro Zyklus der Adsorptionssäule, welches nahezu das gleiche ist, wenn das Adsorptionsverfahren unter Verwendung einer einzigen Adsorptionssäule in Übereinstimmung mit dem Verfahren dieser Erfindung durchgeführt wird.

Beispiel 7

4 Adsorptionssäulen, wobei jede Säule die gleichen Abmessungen wie im Beispiel 4 angegeben besaß und das gleiche Adsorbens wie im Beispiel 4 angegeben als Füllung enthielt, wurde, wie dies in der Fig. 3 dargestellt ist, angeordnet. In diesem Fall jedoch betrug die Teilchengröße des Adsorbens 4 bis 6 meäh (Tyler mesh). Der Minimum.-druck in der Adsorptionssäule in der Desorptionsstufe betrug 73 mm Hg und weiterhin wurde bei der Durchführung aller Rückspülungs-, Adsorptions- und. Spülun.^s-Stufen unter nahezu atmosphärem Druck gearbeitet. Ebenso betrug die Zeit, die zum Beenden der Desorptionsstufe benötigt wurde, 1,5 Minuten pro Adsorptionssäule. Die

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Ventile wurden, wie dies in der Tabelle 5 dargestellt ist, bedient.

Unter den vorstehend angegebenen Bedingungen wurde Luft, welche zuerst von Kohlendioxyd und Feuchtigkeit befreit worden war, in die Trennungsanlage kontinuierlich mit einq^Rate von 63O Litern pro Stunde und ein Stickstoffgas mit einer Reinheit von 99,98 bis 99,96 % wurde in einer Rate von 480 Litern pro Stunde erhalten. Ebenso wurde ein Sauerstoff enthaltendes Gas als die weniger leicht adsorbierbare Gaskomponente mit einer Sate- von Λ^Ο Litern pro Stunde erhalten, und es enthielt nur etwa 9 % Stickstoff.

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Claims

22U820 Patentansprüche

1. Verfahren zur Trennung einer leicht adsorbierbaren Gaskomponente aus einem Gasgemisch der leicht adsorbierbaren Gaskomponente und einer weniger leicht adsorbierbaren Gaskomponente durch Einführen des Gasgemisches in eine Adsorptions säule., die ein Adsorbens enthält, um die leicht adsorbierbare Gaskomponente zu adsorbieren und Gewinnung der leicht adsorbierbaren Gaskomponente durch Desorption der Komponente unter vermindertem Druck, dadurch gekennzeichnet, daß man die Innenseite der Säule mit einem im wesentlichen reinen Gas spült, welches nahezu die gleiche Zusammensetzung wie die leicht adsorbierbare Gaskomponente unter im wesentlichen dem gleichen Druck wie in der Adsorptionsstufe vor der Desorptionsstufe besitzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Adsorbens durch Entwässerung eines Tuffgesteines hergestellt wird, welches hauptsächlich aus SiO₂, Al₂O, und H₃O besteht und welches 1 bis

10 Gew.-? Alkalimetall-und Erdalkalimetalloxyde enthält und das Röntgenstrahlenbeugungsbild besitzt, welches in der Tabelle 1 oder Tabelle 2 dargestellt ist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, in dem die leicht adsorbierbare Gaskomponente Stickstoff und die weniger leicht adsorbierbare Gaskomponente Sauerstoff ist.

4. Verfahren zum Abtrennen einer leicht adsorbierbaren Gaskomponente und einer weniger leicht adsorbierbaren Gaskopiponente aus einem Gasgemisch aus diesen.,

/ Ü ü 8 4 >' / i U Β b

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indem man die Gasmischung in eine Adsorptionssäule, die ein Adsorbens enthält, einführt, um die leicht adsorbierbare Gaskomponente zu adsorbieren, während man die weniger leicht adsorbierbare Gaskomponente gewinnt und dann die leicht adsorbierbare Gaskomponente durch Desorbieren der Komponente, die unter vermindertem Druck adsorbiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß man ein im wesentlichen reines Gas, welches weitgehend die gleiche Zusammensetzung wie die weniger leicht adsorbierbare Gaskomponente besitzt, in die Säule vor der Einführung des Gasgemisches einleitet bis der Innendruck der Säule im wesentlichen der gleiche wird wie in der Adsorptionsstufe und ebenso das Innere der Säule mit einem im wesentlichen reinen Gas, welches so ziemlich die gleiche Zusammensetzung wie die leicht adsorbierbare Gaskomponente hat, unter im wesentlichen gleichem Druck wie in der Adsorptionsstufe vor der Desorptionsstufe durchspült.

5·Verfahren nach Anspruch *J, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Adsorbens durch Dehydrat&tieiorunc' eines Tuffgesteines hergestellt wird, welches im wesentlichen aus SiO₂, Al₂O₅ und F₃O besteht und 1 bis 10 % Alkalimetall- oder Erdalkalimetalloxyde enthält und ein Röntgenstrahlenbeugungsbild besitzt, welches in der Tabelle 1 oder Tabelle 2 dargestellt ist.

6.Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die leicht adsorbierbare Gaskomponente Stickstoff ist und die weniger leicht adsorbierbare Gaskomponente Sauerstoff ist.

7.Verwendung eines dehydratisieren Tuffgesteins, welches im wesentlichen aus SiO₃, AIpO, und HpO besteht und

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— 7 7 „

1 bis 10 % Alkalimetall- oder. Erdalkalimetalloxyde enthält und ein Röntgenstrahlenbeu^ungsbild gemäß Tabelle 1 oder Tabelle 2 besitzt, als Adsorptionsmittel in Gasadsorptionsanlagen zur Trennung von Gasen.

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