DE3302402C2

DE3302402C2 -

Info

Publication number: DE3302402C2
Application number: DE3302402A
Authority: DE
Inventors: Norio Itami Hyogo Jp Yamazaki; Naoyoshi Tondabayashi Osaka Jp Takaoka; Mikio Matsubara Osaka Jp Shinoki; Ryonosuke Toyonaka Osaka Jp Huruichi
Original assignee: Taiyo Sanso Co Ltd
Current assignee: Taiyo Sanso Co Ltd
Priority date: 1982-01-26
Filing date: 1983-01-25
Publication date: 1990-08-16
Also published as: JPS6241055B2; US4482362A; GB2113567A; GB2113567B; DE3302402A1; FR2520250A1; FR2520250B1; JPS58128123A

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung bei einem Reini gungsverfahren von Gasen, bei dem ein Hauptadsorber oder zwei Hauptadsorber mit einem Ergänzungsadsorber mit gerin gerer Kapazität als der oder die Hauptadsorber verbunden ist bzw. sind. Dies führt zu dem Ergebnis, daß wirksam ein hochgereinigtes Gas unter Verwendung einer kleinen Menge von Adsorptionsmittel erhalten werden kann.

Es gibt bereits zwei Arten von Verfahren zum Reinigen (Trennen) von gewünschten Gasen (Produktgasen) aus Gasge mischen, wobei ein Adsorptionsmittel verwendet wird, das selektiv das spezielle gewünschte Gas adsorbiert. Bei ei nem Verfahren ist eine Druckdifferenz zwischen einem Ad sorptionsprozeß ünd einem Desorptionsprozeß vorgesehen. Bei dem anderen Verfahren ist eine Temperaturdifferenz zwischen dem Adsorptions- und dem Desorptionsprozeß vorge sehen. Bei dem erstgenannten Verfahren wird kein Zyklus von Erhitzen und Kühlen benötigt, und die ses Verfahren ermöglicht den Adsorptionsprozeß und Desorp tionsprozeß nur dadurch, daß eine Druckdifferenz vorgege ben wird. Dieses Verfahren wird daher in weitem Ausmaß zum Reinigen von Gasen angewendet. Die vorliegende Erfindung geht von dem erstgenannten Verfahren aus.

Mit dem Fortschreiten der industriellen Technologie ist bei der Reinigung von Gasen eine Hochreinigung erforder lich. Um diesem Erfordernis nachzukommen, gibt es bereits einige Verfahren, beispielsweise ein Verfahren, bei dem einige Adsorptions- und Regenerierungseinheiten aufeinan derfolgend in Reihe verbunden sind, wie es beispielsweise in der JA-PS 54 (1979)-17 595 beschrieben wird. Bei einem anderen Verfahren wird ein Teil des Produktgases in einen Einlaß eines Adsorbers zurückgeführt, wie es in der JA-OS 48 (1973)-92 292 beschrieben wird. Aus der JA-PS 56 (1981)-94 42 ist schließlich ein weiteres Verfahren bekannt, bei dem Restgas von einem adsorptionsvervollständigten Adsorber in einen regenerierungsvervollständigten Adsorber einge führt wird, wodurch das Restgas wirksam verwendet wird.

In der DE-OS 28 40 357 wird die Verwendung eines Hilfsadsor bers bei einem Gasreinigungsverfahren beschrieben. Eine Unterscheidung in Haupt- und Ergänzungsadsorber wird nicht erwähnt. Der Hilfsadsorber ist während des Gasreinigungs verfahrens nicht mit dem Hauptadsorber in Serie geschal tet. Der Adsorptionsvorgang im Hilfsadsorber verläuft un abhängig von demjenigen im Hauptadsorber, wie es beispiels weise auf Seite 7, Zeile 5 bis 10 und Seite 10, Zeile 8 bis 10 beschrieben wird. Der Hilfsadsorber wird mit Rohgas und nicht mit bereits im Hauptadsorber vorgereinigtem Gas betrieben. Die Verbindung der beiden Adsorber dient jedoch einem völlig anderen Zweck, nämlich dem Druckausgleich oder der Entspannung des Adsorbers, wie sich aus dem An spruch 3 der DE-OS 28 40 357 ergibt. Die beiden Adsorber sind somit zueinander parallel geschaltet und nicht hin tereinander. Gemäß dieser Druckschrift wird der Hilfsad sorber mit der halben Zykluszeit des Hauptadsorbers betrie ben.

In der DE-OS 27 39 955 werden drei Adsorber derselben Grö ße (Kapazität) und ein Pufferbehälter 29 verwendet. Die Reinigung wird in jedem Adsorber für sich durchgeführt, das heißt keiner der Adsorber ist mit einem anderen Adsor ber verbunden, während die Gasreinigung durchgeführt wird. Die Verbindung der Adsorber erfolgt lediglich für die Zeit des Druckausgleichs zur Regeneration des Adsorbers, dessen Adsorptionskapazität erschöpft ist. Zu diesem Zweck wird der betreffende Adsorber auch jeweils mit dem Pufferbehäl ter 29 verbunden.

Diese Verfahren haben sicherlich Vorteile, weisen aber gleichzeitig Nachteile auf. So brauchen sie beispielswei se ziemlich große Mengen von Adsorptionsmittel. Weiterhin bestehen Probleme bezüglich des Aquisitionsverhältnisses des Produktgases im Verhältnis zum dem Beschickungsgas, der Anlage- und Energiekosten und dergleichen. Bei den vor genannten Methoden werden nämlich in dem Maß, in dem die Reinheit des Gases erhöht werden soll, das Aquisitionsver hältnis des Produktgases [Produktgasmenge (Nms³)/Beschickungs gasmenge (Nms³)] und Adsorptionswirksamkeit [Fluß des Produktgases (Nm³/h)/Menge des Adsorptionsmittels (m³)] erheblich vermindert, was zu dem Ergebnis führt, daß die Anlage- und Energiekosten ansteigen.

Durch die Erfindung sollen die Probleme der vorgenannten Methoden überwunden werden. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, bei dem ein Hauptadsorber oder zwei Hauptadsorber und ein Ergänzungs adsorber mit weniger Adsorptionsmittel als der oder die Hauptadsorber systematisch miteinander verbunden sind und in Kombination betrieben werden, so daß ein hochgereinig tes Gas mit einem hohen Aquisitionsverhältnis (wie vorste hend definiert) und mit hoher Leistung der Anlage (wie oben definiert) mittels einer Adsorptionsprozeß- und Rege nerierungsprozeßeinheit hergestellt werden kann.

Bei den herkömmlichen Verfahren zur Reinigung von Gasen, bei denen Molekularsiebkohle (MSC), Adsorbentien der Zeo lithgruppe, Silicagel-Adsorbentien und dergleichen verwen det werden, werden die Einführung des Beschickungsgases und der Adsorptionsprozeß abgebrochen, wenn das Produktgas am Ausgang des Adsorbers einen vorgewählten Wert erreicht.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rei nigung von Gasen, das man auf der Grundlage eines regulä ren Zyklus einer Adsorption und Regenerierung (Desorption) unter Verwendung von zwei Hauptadsorbern und eines Ergän zungsadsorbers mit einer geringeren Menge von Adsorptions mittel als im Hauptadsorber durchführt, das dadurch ge kennzeichnet ist, daß man in Stufen

(a) den Adsorptionsprozeß in dem Hauptadsorber, bei dem die Regenerierung vervollständigt ist, wobei das Beschik kungsgas Go in diesen eingeleitet wird, gleichzeitig und parallel mit dem Desorptions- (Regenerierungs-)prozeß im weiteren Hauptadsorber, bei dem die Adsorption vervollstän digt ist, und.den Ergänzungsadsorbern durchführt,
(b) den Ergänzungsadsorber mit dem Hauptadsorber in Reihe verbindet, um kontinuierlich das Produktgas G aus einem Auslaß des Ergänzungsadsorbers auszutragen, wobei der Regenerierungsprozeß in dem anderen Adsorber weiterge führt wird, wenn das Produktgas G, das aus dem Auslaß des Hauptadsorbers ausgetragen wird, eine vorgewählte kriti sche Reinheit P erreicht oder dieser nahekommt, und daß man
(c) den Adsorptionsprozeß vervollständigt, wenn das aus dem Auslaß des Ergänzungsadsorbers ausgetragene Produktgas eine vorgewählte kritische Reinheit P′ erreicht oder die ser nahekommt, wobei der Hauptadsorber, bei dem die Ad sorption vervollständigt ist, und die Ergänzungsadsorber und der Hauptadsorber, bei dem die Regenerierung (Desorp tion) vervollständigt ist, nach Druckausgleich in den Re generierungsprozeß bzw. Adsorptionsprozeß umgeschaltet werden.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Rei nigung von Gasen mit einem Hauptadsorber, der mittels ei nes Rohres mit einem darauf angebrachten Ventil verbunden ist, und einem Ergänzungsadsorber, der mit 5 bis 50% des in den Hauptadsorber eingebrachten Adsorptionsmittels ge füllt ist. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr zwischen dem Auslaß des Hauptadsorbers und dem Ventil verzweigt, um durch ein Ventil mit dem Ergän zungsadsorber in Verbindung zu stehen, wobei die Reinigung des Gases zuerst mit dem Hauptadsorber und hierauf mit dem Hauptadsorber und dem Ergänzungsadsorber, der damit in Rei he verbunden ist, durchgeführt wird.

Schließlich wird durch die Erfindung eine Vorrichtung zur Reinigung von Gasen mit

(a) zwei Hauptadsorbern, die die Adsorptions- und De sorptions- (Regenerierungs-)prozesse im regulären Zyklus durchführen und deren Auslässe mit Rohren mit darauf ange brachten Ventilen verbunden sind, und
(b) einem Ergänzungsadsorber, der mit 5 bis 50% des je weils in die Hauptadsorber eingebrachten Adsorptionsmittels gefüllt ist, zur Verfügung gestellt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Ergänzungsadsorber sowohl den Adsorptions- als auch den Desorptions- (Regenerierungs-)prozeß während der Adsorptions- oder Desorptionszeit für die Hauptadsorber durchführt und beendet, wobei die genannten Rohre sich zwischen den Auslässen und den Ventilen verzweigen, um durch die Ventile mit einem Einlaß des Ergänzungsadsorbers in Verbindung zu stehen, wobei der Adsorptionsprozeß in einem Hauptadsorber allein und der Desorptions- (Regenerie rungs-)prozeß in dem anderen Hauptadsorber und dem Ergän zungsadsorber zuerst parallel und gleichzeitig durchge führt werden und hierauf der Adsorptionsprozeß in dem einen Hauptadsorber und dem Ergänzungsadsorber und der Desorp tionsprozeß in dem anderen Hauptadsorber gleichzeitig und kontinuierlich durchgeführt werden.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen er läutert. Es zeigt

Fig. 1 eine diagrammartige Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des herkömmlichen Verfahrens zur Gasreinigung unter Verwendung von zwei Hauptad sorbern;

Fig. 2 die Veränderung des Sauerstoffgehalts im Produkt gas (N₂) bei dem herkömmlichen Verfahren gemäß

Fig. 3 eine diagrammartige Darstellung einer Grundform der ersten Ausführungsform der vorliegenden Er findung;

Fig. 4 eine diagrammartige Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung der ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 die Veränderung des Sauerstoffgehalts im Gas, das zur Regenerierung des MSC-Adsorptionsmittels eva kuiert wird;

Fig. 6 eine diagrammartige Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7 den Zeitablauf zum Betrieb der Adsorber bei der Durchführung der zweiten Ausführungsform der Er findung; und

Fig. 8 die Veränderung des Sauerstoffgehalts im Produkt gas (N₂) beim Reinigungsprozeß von Stickstoff ge mäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.

So werden beispielsweise bei einem Verfahren, bei dem zwei Hauptadsorber A und B, wie in Fig. 1 gezeigt, ab wechselnd betrieben werden und bei dem Stickstoffgas un ter Verwendung von MSC aus einem Beschickungsgas, das Sauerstoff und Stickstoff enthält, herausgereinigt wird, wenn der Sauerstoffgehalt in dem Produktgas, der am Aus gang A′ des Arbeitsadsorbers A gemessen wird, einen vor gewählten kritischen Wert erreicht hat, der Ausfluß des Produktgases G und die Einführung des Beschickungsgases Go beide abgebrochen, wodurch der Adsorptionsprozeß im Adsorber A vervollständigt wird.

Die Fig. 2 zeigt die Abhängigkeit des Sauerstoffgehalts in dem Produktgas G, das nach der im Zusammenhang mit Fig. 1 gezeigten Methode erhalten worden ist, von der Zeit. Der Sauerstoffgehalt in dem Produktgas G wird auf einem Mittelwert von 0,2 Vol.-% kontrolliert, und er erreicht den Minimalwert von 0,16% in einer frühen Stufe des Adsorptionsprozesses und einen Wert von 0,38% in der Stufe der Vervollständigung des Adsorptionsprozesses. Es wird ersichtlich, daß der Sauerstoffgehalt in dem Produktgas G, wenn er zum Zeitpunkt der Vervollständi gung des Adsorptionsprozesses gemessen wird, fast zwei mal so hoch ist wie der Durchschnittswert (0,2%).

Obgleich Fig. 2 einen Weg der Veränderung des Sauer stoffgehalts in dem Produktgas G, das unter Verwendung Von MSC als Adsorptionsmittel erhalten worden ist, zeigt, ist der Weg, der die Veränderung des Stickstoffgehalts in dem Produktgas (Sauerstoff) zeigt, fast der gleiche, wie in Fig. 2 gezeigt, im Falle, daß Stickstoff unter Verwendung von anderen Adsorptionsmitteln, wie z. B. Ad sorptionsmitteln der Zeolithgruppe, adsorbiert wird. Das gleiche gilt im wesentlichen für die Adsorption und die Entfernung der Feuchtigkeit und des in der Luft enthal tenen CO₂.

Aus Fig. 2 wird ersichtlich, daß, nachdem zum Zeitpunkt der Vervollständigung des Adsorptionsprozesses 0,38% erreicht worden sind, der Sauerstoffgehalt in dem Pro duktgas G, wie die gestrichelte Linie in Fig. 2 zeigt, weiter ansteigt, wenn der Adsorptionsprozeß weiterge führt wird.

Jedoch ist der Sauerstoffgehalt in dem Gas, das zum kon tinuierlichen Herausfließen zurückbleibt, nachdem der Wert von 0,38% erreicht worden ist, erheblich niedriger als in dem Beschickungsgas Go. Die Erfinder haben diese Tatsache beachtet und festgestellt, daß Verbesserungen der herkömmlichen Methoden zur Gasreinigung möglich sind, wobei das Aquisitionsverhältnis und die Leistungsfähig keit der Anlage (wie oben definiert) erhöht werden kön nen, wenn man das oben erwähnte, zum kontinuierlichen Strömen zurückbelassene Gas einer wirksamen Verwendung zuführt.

Auf der Grundlage dieser Feststellung wird von den Er findern ein grundlegendes System einer ersten Ausfüh rungsform der Erfindung, wie in Fig. 3 gezeigt, zur Verfügung gestellt. Durch die Erfindung wird weiterhin ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von Ga sen zur Verfügung gestellt, wodurch das Aquisitionsver hältnis und die Wirksamkeit der Anlage im Vergleich zu herkömmlichen Methoden und Vorrichtungen erhöht werden können. In diesem Zusammenhang wurden Versuche bei ver schiedenen Bedingungen, beispielsweise mit verschiedenen Typen von Adsorbentien, Formen der Adsorbentien, Arten von Beschickungsgasen und ihren Flüssen, Adsorptionszei ten, Reinheiten des Produktgases, Methoden einer Druck ausgleichung und dergleichen Parametern, durchgeführt.

Erfindungsgemäß wird ein Hauptadsorber 1 und ein Ergän zungsadsorber 3 mit einer geringeren Kapazität als der Hauptadsorber 1 verwendet. Beide Adsorber sind einzeln mit der richtigen Menge von Adsorptionsmittel gefüllt. Erfindungsgemäß geht man in den Grundstufen so vor, daß man (a) das Beschickungsgas Go in den Hauptadsorber 1 einführt und das Produktgas G aus dem Auslaß 1′ entnimmt, (b) den Ergänzungsadsorber 3 mit dem Hauptadsorber 1 in Reihe verbindet, wenn das Produktgas G einen vorgewähl ten kritischen Wert P erreicht hat, und (c) das Produkt gas G von einem Auslaß 3′ des Ergänzungsadsorbers 3 kon tinuierlich herausnimmt, bis eine vorgewählte kritische Reinheit P′ erreicht ist.

Durch diese Verfahrensweise werden erfindungsgemäß die Reinheit des Produktgases, das Aquisitionsverhältnis des Produktgases, die Leistungsfähigkeit der Anlage, die Energiewirksamkeit und dergleichen im Vergleich zu her kömmlichen Methoden und Vorrichtungen wesentlich ver bessert. Bei den herkömmlichen Verfahren und Vorrich tungen wird bzw. werden Hauptadsorber verwendet, der bzw. die mit der gleichen Menge Adsorptionsmittel, wie erfin dungsgemäß eingesetzt, gefüllt ist bzw. sind.

Die Fig. 4 zeigt eine diagrammartige Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage zur Durchführung der ersten Ausführungsform der Erfindung. Das Bezugszeichen 1 be deutet einen Hauptadsorber. 3 bedeutet einen Ergänzungs adsorber und 4 einen Tank für das Produktgas. 5 bedeutet einen Kompressor für die Zurverfügungstellung des Be schickungsgases, während 6 eine Vakuumpumpe und 7 einen Kühler bezeichnet. 8 steht für eine Kühlmaschine und 10, 11, 12, 13, 14 und 32 bezeichnen Kontrollventile.

Der Hauptadsorber 1 ist mit einem MSC-Adsorptionsmittel gefüllt, durch das das Produktgas (Stickstoff) aus dem Beschickungsgas (Luft) Go herausgereinigt wird. Das MSC adsorbiert selektiv den Sauerstoff, adsorbiert aber auch CO₂, Feuchtigkeit und etwas Stickstoff in der Luft. Auch der Ergänzungsadsorber 3 ist mit MSC gefüllt, doch nur mit 5 bis 50% derjenigen Menge, die in dem Hauptadsorber 1 eingebracht worden ist.

In der ersten Stufe der Durchführung der Erfindung wird Luft durch den Kompressor 5 bis zu einem vorgewählten Druckwert (0 bis 9,81 bar Überdruck, vorzugsweise jedoch 1,96 bis 6,86 bar Überdruck unter Druck gesetzt und durch einen Kühler 7 und eine Kältemaschine 8 zur Entfeuchtung abgekühlt. Bei geschlos senen Ventilen 13, 14 und 32 werden die Ventile 11 und 12 geöffnet, um die unter Druck gesetzte Beschickungs luft Go in den Hauptadsorber 1 zu befördern. Das Produkt gas G wird durch das Ventil 12 ausgelassen, bis die Rein heit des Produktgases G einen vorgewählten Wert erreicht oder diesem nahekommt. Wenn die Reinheit des Produktga ses G die am Auslaß 1′ des Adsorbers 1 gemessen wird, den vorgewählten Wert erreicht oder diesem nahekommt, dann werden die Ventile 14 und 32 geöffnet und das Ven til 12 wird geschlossen, um das Produktgas G durch das Ventil 32 auszutragen, wobei der Hauptadsorber 1 und der Ergänzungsadsorber 3 in Reihe miteinander verbunden sind.

Wenn die Reinheit P′ des Produktgases G am Auslaß 3′ des Ergänzungsadsorbers 3 den vorgewählten Wert er reicht oder diesem nahekommt, dann wird das Ventil 11 geschlossen, um den Adsorptionsprozeß abzubrechen. Wenn der Adsorptionsprozeß vervollständigt ist, dann wird das Ventil 32 geschlossen und das Ventil 13 wird geöffnet, um den Hauptadsorber 1 mittels der Vakuumpumpe 6 unter Unterdruck zu setzen, damit das MSC-Adsorbens in dem Haupt- und Ergänzungsadsorber 1 und 3 regeneriert wird.

Obgleich das Adsorbens mittels der Vakuumpumpe 6 bei der oben angegebenen Ausführungsform regeneriert wird, kann die Regenerierung auch durch andere Methoden durchge führt werden, beispielsweise durch ein Verfahren, bei dem ein Teil des Produktgases G durch den Auslaß 3′ des Ergänzungsadsorbers 3 eingeführt wird, nachdem die Ad sorber 1 und 3 auf Atmosphärendruck druckvermindert wor den sind, oder ein anderes Verfahren, bei dem die Adsorber 1 und 3 einem Spülen unterworfen werden, indem ein Teil des Produktgases G eingeleitet wird, während gleichzei tig die Vakuumpumpe 6 in Betrieb steht.

Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert.

Beispiel 1

Aus Luft wurde Stickstoff herausgereinigt bzw. gewonnen, indem ein Hauptadsorber 1, der mit 1,2 Volumenliter MSC mit Porengrößen mit einem durchschnittlichen Durchmes ser von etwa 0,4 nm gefüllt war, und ein Ergänzungsadsor ber 3, der mit 0,6 l MSC gefüllt war, verwendet wurden. Es wurden die folgenden Bedingungen angewendet:

Druck während des Adsorptionsprozesses: 0 bar Überdruck (Druck während der durch Evakuuierung erfolgenden Regenerierung: mindestens 26,7 mbar),
kritische Reinheit P des Produktgases G, das direkt aus dem Hauptadsorber ausgetragen wurde: Sauerstoff gehalt = 6,2 Vol.-%,
kritische Reinheit P′ des Produktgases G, das aus dem Ergänzungsadsorber ausgetragen wurde: Sauerstoffge halt = 5,4%,
für die Adsorption im Hauptadsorber verbrauchte Zeit: 45 s,
für die Adsorption im Haupt- und Ergänzungsturm, die miteinander in Reihe standen, verbrauchte Zeit: 45 s, und
Beschickungsgas: 1,8 l/min.

Als Ergebnis wurden 0,776 l/min Stickstoff mit einem durchschnittlichen Sauerstoffgehalt von 5,0 Vol.-% aus dem Tank herausgenommen. Das Aquisitionsverhältnis war 43,1% (0,776/1,8 × 100), und die Adsorptionsleistung war 26,0 Nm³/m³ (MSC) · h (h bedeutet "Stunden").

Zum Vergleich wurde ein weiteres Adsorptionsverfahren nach der herkömmlichen Methode durchgeführt, wobei nur ein Hauptadsorber (d. h. kein Ergänzungsadsorber) verwen det wurde. Es wurde bei den folgenden Bedingungen gear beitet:

verwendete Menge von MSC: 1,8 Volumenliter,
Adsorptionsdruck: 0 bar Überdruck,
Zeit des Adsorptionsprozesses: 90 s und
Beschickungsgas: 1,25 l/min.

Es wurden 0,405 l/min Stickstoff mit einem durchschnitt lichen Sauerstoffgehalt von 5,5% aus dem Tank herausge nommen, wobei das Aquisitionsverhältnis 32,4% (0,405/ 1,25 x 100) und die Adsorptionsleistung 13,5 Nm³/m³ (MSC).h waren.

Im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren wird durch die vorliegende Erfindung das Aquisitionsverhältnis um 33% und die Adsorptionswirksamkeit bzw. -leistung um 93% erhöht. Der Energieverbrauch wird um etwa 37% ge senkt.

Beispiel 2

Der Feuchtigkeitsgehalt im Wasserstoffgas wurde durch Adsorption entfernt, wobei ein Hauptadsorber, der mit 0,88 l Adsorptionsmittel (Molekularsieb 0,5 nm) gefüllt war, und ein Ergänzungsadsorber, der mit 0,22 l Adsorptions mittel gefüllt war, verwendet wurden. Es wurde bei den folgenden Bedingungen gearbeitet:

Adsorptionsdruck: 2,94 bar Überdruck
Adsorptionszeit im Hauptadsorber: 15 s
Adsorptionszeit im Haupt- und Ergänzungsadsorber, die in Reihe geschaltet waren: 15 s
Regenerierungszeit: 30 s
Wasserstoffbeschickung: 20° C bei der Temperatur, 0° C beim Taupunkt und 241 Nl/min im Fluß und Fluß für die Spülung zur Regenerierung: 95 Nl/min

Als Ergebnis der Adsorption wurde Wasserstoff am Auslaß mit 146 Nl/min im Fluß und bei - 40° C am Taupunkt ausge tragen. Das Aquisitionsverhältnis war 60,5% (146/241 × 100), und die Adsorptionsleistung war 133 Nm³/m³ (MSC) min (beachte: 133 = 146/(0,88 + 0,22)).

Zum Vergleich wurde die Feuchtigkeit unter Verwendung eines Hauptadsorbers (d. h. ohne Ergänzungsadsorber), der mit 1,1 l Adsorptionsmittel gefüllt war, bei folgenden Bedingungen adsorbiert:

Adsorptionsdruck: 2,94 bar Überdruck
Adsorptionszeit: 30 s
Regenerierungszeit: 30 s
Fluß der Wasserstoffbeschickung: 185 Nl/min und Fluß für die Spülung zur Regenerierung/ 95 Nl/min.

Als Ergebnis wurde Wasserstoff als Produktgas mit einer Menge von 90 Nl/min im Fluß und bei - 40° C am Taupunkt ausgetragen, wobei das Aquisitionsverhältnis 48,6% (90/185 × 100) und die Adsorptionsleistung 82 m³/m³ (MSC) min betrugen.

Im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren wird durch die Erfindung das Aquisitionsverhältnis um 24% und die Adsorptionsleistung um 62% erhöht.

Die oben beschriebene Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbessert die Reinheit des Produktgases, das Aquisitionsverhältnis, die Adsorptionsleistung und so weiter im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren.

Von den Erfindern wurden weiterhin analytische Versuche bezüglich der Desorption des adsorbierten Sauerstoffs von dem MSC-Adsorptionsmittel im Zusammenhang mit dem MSC-Adsorptionsmittel-Regenerierungsprozeß der in Fig. 4 gezeigten ersten Ausführungsform durchgeführt, und es wurde festgestellt, daß der Sauerstoffgehalt in dem Gas, das zur Desorption des Sauerstoffs evakuiert wird, einen Maximalwert innerhalb eines Bereiches von 1/3 bis zu der ersten Hälfte der Regenerierungszeit erreicht und nach diesem Peak rasch abfällt, wie in Fig. 5 gezeigt wird. Dies bedeutet, daß die Desorption von Sauerstoff aus dem MSC-Adsorptionsmittel innerhalb eines relativ kurzen Bereichs der Desorptions-(Regenerierungs-)zeit vervollständigt wird. Dies gilt auch bei der Desorption aus anderen Adsorptionsmitteln, beispielsweise der De sorption von Stickstoff aus einem Adsorptionsmittel der Zeolithgruppe.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung baut sich auf der oben angegebenen Feststellung bezüglich der Regene rierungscharakteristik der Adsorptionsmittel auf.

Von den Erfindern wurde der Tatsache Aufmerksamkeit ge schenkt, daß der Adsorptionsprozeß in dem Ergänzungsad sorber innerhalb einer relativ kurzen Zeitspanne been digt ist, und zwar 1) wegen der oben genannten Regenerie rungscharakteristik des Adsorptionsmittels und 2) aus dem Grund, weil der Ergänzungsadsorber mit einer relativ geringen Menge Adsorptionsmittel gefüllt ist. Auf dieser Tatsache und der technischen Idee der ersten Ausführungs form ist die zweite Ausführungsform der vorliegenden Er findung aufgebaut.

Bei der zweiten Ausführungsform werden zwei Hauptadsor ber 1 und 2 und ein Ergänzungsadsorber 3 verwendet. Stu fenweise geht man so vor, daß man (a) den Adsorptions prozeß in einem Hauptadsorber 1, der mit dem Adsorptions mittel gefüllt ist, bei dem die Regenerierung vervoll ständigt ist, und den Desorptions-(Regenerierungs)-pro zeß im anderen Haupt- und dem Ergänzungsadsorber 2 und 3, die beide mit dem Adsorptionsmittel, bei dem die Ad sorption vervollständigt ist (d. h. das nichtregeneriert ist), gefüllt sind, durchführt, (b) in Reihe den Haupt adsorber 1 und den Ergänzungsadsorber 3 verbindet, um kontinuierlich das Produktgas G aus dem Auslaß des Er gänzungsadsorbers 3 herauszunehmen, wenn das Produktgas G am Auslaß des Hauptadsorbers 1 einen vorgewählten kri tischen Wert P erreicht oder diesem nahekommt, während der Regenerierungsprozeß im anderen Hauptadsorber 2 kon tinuierlich fortschreitet, (c) den Adsorptionsprozeß in dem Haupt- und dem Ergänzungsadsorber 1 und 3 vervoll ständigt, wenn das Produktgas G, das aus dem Auslaß des Ergänzungsadsorbers 3 ausgetragen wird, einen vorge wählten kritischen Wert P′ erreicht oder diesem nahe kommt, und daß man (d) den Haupt- und den Ergänzungsad sorber 1 und 3, die beide mit dem Adsorptionsmittel, bei dem die Adsorption vervollständigt ist, gefüllt sind, in den Regenerierungsprozeß nach dem sogenannten Druckaus gleich umschaltet, während der Hauptadsorber 2, bei dem die Regenerierung vervollständigt ist, in den Adsorp tionsprozeß umgeschaltet wird.

Durch die zweite Ausführungsform, wie oben beschrieben, werden das Aquisitionsverhältnis, die Adsorptionslei stung, die Reinheit des Produktgases und dergleichen im Vergleich zu der herkömmlichen Methode, bei der zwei Hauptadsorber verwendet werden, verbessert.

Die Fig. 6 zeigt eine diagrammartige Darstellung einer Anlage zur Durchführung der zweiten Ausführungsform. Die Bezugszeichen 1 und 2 bezeichnen die Hauptadsorber, die mit dem MSC-Adsorptionsmittel gefüllt sind, 3 den Ergän zungsadsorber, der mit weniger MSC-Adsorptionsmittel als die Hauptadsorber 1 und 2 gefüllt ist, 4 den Tank für das Produktgas, 5 den Kompressor, 6 die Vakuumpumpe, 7 den Kühler, 8 die Kältemaschine, 10 ein Flußregulierungs ventil, und 11, 12, 3, 14, 21, 22, 23, 24, 25 und 32 Kontrollventile.

Die Fig. 7 stellt ein Zeitschema dar, das die Zyklen der Adsorptions- und Regenerierungs-(Desorptions-)pro zesse in den Hauptadsorbern 1 und 2 und dem Ergänzungs adsorber 3 zeigt. Jeder Prozeß der Adsorption und der Regenerierung in jedem der Hauptadsorber 1 und 2 ist so eingestellt, daß er innerhalb eines Bereichs von 1 bis 3 min vervollständigt ist.

Nachstehend wird anhand der Fig. 6 und 7 die Anlage zur Durchführung der zweiten Ausführungsform erläutert.

Das Beschickungsgas (Luft) Go wird durch den Kompressor 5 auf einen vorgewählten Druck (0 bis 9,81 bar Überdruck kompri miert und durch den Kühler 7 und weiter durch die Kälte maschine 8 zur Entwässerung abgekühlt. Die Kältemaschine 8 ist vorgesehen, um die Adsorptionsfähigkeit des Ad sorbens zu verbessern.

Sodann werden die Ventile 11 und 12 geöffnet, um das Beschickungsgas Go in den Hauptadsorber 1 einzuführen und das Produktgas G (Stickstoff) mit spezieller Rein heit auszutragen.

Wenn die Reinheit des Produktgases G am Auslaß 1′ des Hauptadsorbers 1 den vorgewählten kritischen Wert P zum Zeitpunkt T in der Fig. 7 erreicht oder diesem nahekommt, dann werden die Ventile 12 und 24 geschlossen, und die Ventile 14 und 32 werden geöffnet, um den Hauptadsorber 1 mit dem Ergänzungsadsorber 3 in Reihe zu verbinden, so daß das Produktgas G kontinuierlich durch das Ventil 32 in den Tank 4 herausfließt.

Wenn die Reinheit des Produktgases G am Auslaß 3′ des Ergänzungsadsorbers 3 den vorgewählten kritischen Wert P′ erreicht oder diesem nahekommt, dann werden die Ventile 11, 14 und 32 geschlossen, um den Adsorptionsprozeß (T₁ bis T₂ in Fig. 7) abzubrechen, der durch die Haupt- und Ergänzungsadsorber 1 und 3 vorgenommen wird, die mitein ander in Reihe verbunden sind und der sich an den Adsorp tionsprozeß (T₀ bis T₁) anschließt, welcher durch den Hauptadsorber 1 allein durchgeführt wird.

Wenn der Hauptadsorber 1 sich in dem Adsorptionsprozeß befindet, dann befindet sich der andere Hauptadsorber 2 in dem Regenerierungsprozeß. Die Adsorptions- und Rege nerierungs-(Desorptions-)prozesse in den Hauptadsorbern 1 und 2 verlaufen parallel zueinander. Die Regenerierung wird während der Zeit T₀ bis T₁ in dem Haupt- und Ergän zungsadsorber 2 und 3, die miteinander in Reihe verbun den sind, durchgeführt, wird aber im Hauptadsorber 2 allein während der darauffolgenden Zeit T₁ bis T₂ durch geführt, nachdem der Ergänzungsadsorber 3 von dem Haupt adsorber 2 zum Zeitpunkt T₁ getrennt wird, um in Reihe mit dem Hauptadsorber 1 geschaltet zu werden (d. h. nach dem der Ergänzungsadsorber 3 von dem Regenerierungspro zeß zu dem Adsorptionsprozeß umgeschaltet worden ist).

Wenn der Adsorptionsprozeß in dem Hauptadsorber 1 und dem Ergänzungsadsorber vervollständigt ist, dann wird das Ventil 24 geöffnet, um den Ergänzugsadsorber 3 mit dem Adsorber 2, bei dem die Regenerierung vervollständigt ist, zu verbinden, worauf das Ventil 24 geschlossen wird. Weiterhin wird das Ventil 15 geöffnet, um den Hauptadsor ber 1 und den Hauptadsorber 2 miteinander zu verbinden, und hierauf wird dieses geschlossen. Hierauf wird nach dem Öffnen der Ventile 21 und 22, um den Druckausgleich zwischen dem Tank 4 und dem Hauptadsorber 2 zu bewirken, das Beschickungsgas G in den Hauptadsorber 3 eingeführt, um das Produktgas Go gemäß der gleichen zeitlichen Auf einanderfolge wie im Hauptsdsorber 1 herauszunehmen.

Andererseits werden, nachdem der Druck des Hauptadsorbers 1 auf Atmosphärendruck gesenkt worden ist, wobei die Ven tile 13 und 14 geöffnet werden, der Hauptadsorber 1 und 15 der Ergänzungsadsorber 3, die in Reihe miteinander ver bunden sind, während der Zeit T₂ bis T₃ zur Regenerie rung der Adsorptionsmittel evakuiert.

Der Regenerierungs-(Desorptions-)prozeß ist im Ergän zungsadsorber 3 zum Zeitpunkt T₃ wegen der vorstehend erwähnten Charakteristik des Adsorptionsmittels und auch deswegen, weil der Ergänzungsadsorber 3 mit einer rela tiv geringen Menge Adsorptionsmittel gefüllt ist, fast vollständig beendigt. Sodann wird zum Zeitpunkt T₃, d. h. in der Mitte des Adsorptionsprozesses, der Ergänzungs adsorber 3 in Reihe mit dem Hauptadsorber 2 verbunden.

Die zweite Ausführungsform ist so ausgestaltet, daß der Adsorptions- und der Regenerierungsprozeß in dem Ergän zungsadsorber 3 beide während des Adsorptionsprozesses oder des Regenerierungsprozesses in den Hauptadsorbern 1 und 2 beendigt sind.

Die Fig. 8 zeigt die Veränderung des Sauerstoffgehalts im Produktgas, das nach der zweiten Ausführungsform ge wonnen wird, im Verlauf der Zeit. Die zweite Ausfüh rungsform wird bei der gleichen Menge des MSC-Adsorp tionsmittels wie bei dem in Fig. 1 gezeigten herkömmli chen Verfahren durchgeführt. Der Austragungsfluß (Nm³/min) des Produktgases ist ebenfalls der gleiche wie bei dem herkömmlichen Verfahren. Durch die zweite Ausfüh rungsform wird der durchschnittliche Sauerstoffgehalt Von 0,11 Vol.-%, 0,05% beim Minimum und 0,18% beim Maxi mum, erreicht, wobei der Unterschied des Gehalts zwi schen beiden Werten etwa 0,13% beträgt.

Im Gegensatz hierzu zeigt die Fig. 2, daß der Unter schied des Gehalts zwischen den maximalen und den mini malen Werten bei der in Fig. 1 gezeigten herkömmlichen Methode nur etwa 0,22% beträgt.

Der Vergleich zwischen der zweiten Ausführungsform der Erfindung und dem herkömmlichen Verfahren zeigt, daß die zweite Ausführungsform der Erfindung ein Produktgas mit gleichförmigerer Reinheit als das herkömmliche Verfah ren liefern kann und daß der durchschnittliche Sauer stoffgehalt bei dem herkömmlichen Verfahren 0,2% be trägt, während er bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung 0,11% beträgt. Dies zeigt, daß durch die zwei te Ausführungsform der Erfindung die Reinheit des Pro duktgases erheblich verbessert werden kann.

Der Fluß des Produktgases, der durch die zweite Ausfüh rungsform der Erfindung erreicht werden kann, beträgt etwa das 1,5fache als beim herkömmlichen Verfahren, wenn bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung die gleiche Menge Adsorptionsmittel wie beim herkömmlichen Verfahren verwendet wird und wenn weiterhin der durch schnittliche Sauerstoffgehalt so kontrolliert wird, daß er bei der zweiten Ausführungsform bei 0,2% steht.

Wenn weiterhin die zweite Ausführungsform der Erfindung während der gleichen Adsorptionszeit und mit dem glei chen Austragungsfluß Nm³ des Produktgases, das während des Adsorptionsprozesses gewonnen wird, und bei dem glei chen Sauerstoffgehalt wie beim herkömmlichen Verfahren durchgeführt wird, dann wird bei der zweiten Ausführungs form der Erfindung weniger Adsorptionsmittel benötigt als bei dem herkömmlichen Verfahren. Es wird daher er sichtlich, daß im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfah ren die zweite Ausführungsform der Erfindung die Rein heit des Produktgases, das Aquisitionsverhältnis, die Ad sorptionsleistung und dergleichen verbessert.

Beispiel 3

Stickstoff wurde aus Luft herausgereinigt, wobei die Hauptadsorber 1 und 2 mit 1,9 l MSC gefüllt waren und der Ergänzungsadsorber 3 mit 0,27 l MSC gefüllt war. Es wurde bei den folgenden Bedingungen gearbeitet:

Adsorptionsdruck: 2,94 bar Überdruck für die Regenerierung durch Evakuierung: mindestens 106,7 m bar)
kritische Reinheit P des direkt aus dem Hauptadsor ber ausgetragenen Produktgases: 0,17% O₂
kritische Reinheit P′ des aus dem Ergänzungsadsorber ausgetragenen Produktgases: 0,14% 0₂
Adsorptionszeit im Hauptadsorber allein: 73 s
Adsorptionszeit im Hauptadsorber und dem damit in Reihe geschalteten Ergänzungsadsorber: 45 s und
zugeführtes Beschickungsgas (Luft): 5,50 l/min.

Als Ergebnis wurden 1,21 l/min Stickstoff mit einem durchschnittlichen Sauerstoffgehalt von 0,1% im Tank 4 gewonnen, wobei das Aquisitionsverhältnis 22% (1,21/5,5 × 100) und die Adsorptionsleistung 17,8 Nm³/m³ (MSC) · h betrugen.

Andererseits wurde Stickstoff unter Verwendung von zwei Hauptadsorbern, die mit 2,035 l MSC gefüllt waren, bei den folgenden Bedingungen gereinigt:

Adsorptionsdruck: 2,94 bar Überdruck
Adsorptionszeit: 18 s und
Beschickungsgas (Luft): 4,37 l/min.

Als Ergebnis wurden 0,760 l/min Stickstoff mit einem durchschnittlichen Sauerstoffgehalt von 0,1% gewonnen, wobei das Aquisitionsverhältnis 17,4% (0,760/4,37 × 100) und die Adsorptionsleistung 11,2 Nm³/m³ (MSC) · h betrugen.

Aus dem Vorstehenden wird ersichtlich, daß durch die Er findung das Aquisitionsverhältnis um 26% und die Adsorp tionsleistung um 59% erhöht werden und daß weiterhin der Energieverbrauch im Vergleich zu dem herkömmlichen Ver fahren um 40% gesenkt wird.

Beispiel 4

Stickstoff wurde aus dem Beschickungsgas (Stickstoff: 95 Vol.-% und Sauerstoff: 5%) herausgereinigt, wobei die Hauptadsorber 1 und 2 jeweils mit 1,9 l MSC gefüllt wa ren und der Ergänzungsadsorber 3 mit 0,39 l MSC gefüllt war. Es wurde bei den folgenden Bedingungen gearbeitet:

Adsorptionsdruck: 2,94 bar Überdruck (Druck für die Regenerierung durch Evakuierung: mindestens 106,7 m bar)
kritische Reinheit P des direkt aus dem Hauptadsor ber ausgetragenen Produktgases: 0,10% O₂
kritische Reinheit P′ des aus dem Ergänzungsadsorber ausgetragenen Produktgases: 0,18% O₂,
Adsorptionszeit im Hauptadsorber allein: 58 s
Adsorptionszeit in den in Reihe geschalteten Haupt und Ergänzungsadsorbern: 60 s und
Beschickungsgaszuführung: 6,52 l/min.

Als Ergebnis wurden 2,47 l/min Stickstoff mit einem durchschnittlichen Sauerstoffgehalt von 0,1% gewonnen, wobei das Aquisationsverhältnis 37,8% und die Adsorp tionsleistung 35,4 Nm³/m³ (MSC) · h betrugen.

Andererseits wurde Stickstoff aus dem Beschickungsgas herausgereinigt, wobei zwei Hauptadsorber verwendet wur den, die jeweils mit 2,095 l MSC gefüllt waren. Es wur de bei den folgenden Bedingungen gearbeitet:

Adsorptionsdruck: 2,94 bar Überdruck
Adsorptionszeit: 118 s und
Beschickungsgaszuführung: 6,24 l/min.

Als Ergebnis wurden 2,22 l/min Stickstoff mit einem durchschnittlichen Sauerstoffgehalt von 0,1% gewonnen, wobei das Aquisitonsverhältnis 35,6% und die Adsorp tionsleistung 31,8 Nm³/m³ (MSC) · h betrugen.

Durch die Erfindung wird das Aquisitionsverhältnis um 6,2% und die Adsorptionsleistung um 11% erhöht. Der Ener gieverbrauch wird um etwa 10% im Vergleich zu dem her kömmlichen Verfahren gesenkt.

Die obigen Beispiele 3 und 4 zeigen, daß durch die zwei te Ausführungsform der Erfindung das Aquisitionsverhält nis, die Adsorptionsleistung und dergleichen im Ver gleich zu dem herkömmlichen Verfahren, bei dem nur zwei Hauptadsorber verwendet werden, erhöht werden.

Die Beispiele 3 und 4 betreffen die Herausreinigung von Stickstoff aus Luft unter Verwendung von MSC-Adsorp tionsmittel. Die Beispiele 3 und 4 können auch unter Ver wendung von anderen Adsorptionsmitteln, wie synthetischem Zeolith, natürlichem Zeolith, Silicagel und dergleichen, und auch für andere Zwecke, beispielsweise die Entfer nung von CO₂ oder Feuchtigkeit aus der Luft, die Adsorp tion von Stickstoff in Luft, um Sauerstoff als Produkt gas zu gewinnen, die Gewinnung von Wasserstoff aus Was serstoff enthaltenden Gasen, die Herausreinigung von He lium aus Helium enthaltenden Gasen, die Herausreinigung von Stickstoff aus Abgasen der Verbrennung und derglei chen, angewendet werden, wobei der Adsorptionsvorgang des Reinigungsprozesses mit dem Ergebnis einer hohen Ad sorptionsleistung und hohen Aquisitionsrate durchgeführt wird.

Die Kapazität des Ergänzungsadsorbers 3, die Zykluszeit der Adsorption und der Regenerierung und die Methode des Druckausgleichs und dergleichen werden entsprechend dem Typ des Beschickungsgases, der Art des Adsorptionsmit tels, der gewünschten Reinheit des Produktgases und an deren Faktoren ausgewählt.

Das folgende Beispiel 5 betrifft die Adsorption von Feuchtigkeit aus Luft mittels der zweiten Ausführungs form. Es zeigt deutlich die Überlegenheit der vorliegen den Erfindung bezüglich des Aquisitionsverhältnisses, der Adsorptionsleistung und dergleichen.

Beispiel 5

Feuchtigkeit wurde aus Luft mittels eines Molekularsie bes 13X, das als Adsorptionsmittel verwendet wurde, herausadsorbiert. Es wurden zwei Hauptadsorber, die je weils mit 1,9 l Adsorptionsmittel gefüllt waren, und ein Ergänzungsadsorber mit 1 l Adsorptionsmittel bei den folgenden Bedingungen eingesetzt:

Adsorptionsdruck: 2,94 bar Überdruck
Adsorptionszeit im Hauptadsorber allein: 60 s
Adsorptionszeit im in Reihe geschalteten Hauptad sorber und Ergänzungsadsorber: 60 s
Beschickungsgaszuführung: 20° C bei der Temperatur, 0° C am Taupunkt und einem Fluß von 828 l/min und Fluß zur Regenerierung: 198 l/min.

Als Ergebnis betrug das ausgetragene Produktgas am Aus laß 630 l/min, und die Temperatur betrug - 17,5° C am Tau punkt. Das Aquisitionsverhältnis betrug 76,1%, und die Adsorptionsleistung betrug 131 Nm³/m³ (MSC) · min.

Andererseits wurde Feuchtigkeit aus Luft unter Verwen dung von zwei Hauptadsorbern, die jeweils mit 2,4 l Ad sorptionsmittel gefüllt waren, bei den folgenden Bedin gungen herausadsorbiert:

Adsorptionsdruck: 2,94 bar Überdruck
Adsorptionszeit: 120 s
Beschickungsgaszuführung: 685 l/min und
Fluß für die Regenerierung: 198 l/min.

Als Ergebnis betrug das ausgetragene Produktgas (Luft) am Auslaß 487 l/min, und die Temperatur betrug - 17,5° C am Taupunkt. Das Aquisitionsverhältnis betrug 71,1%, und die Adsorptionsleistung betrug 101 Nm³/m³ (MSC) · min.

Aus dem Vergleich ergibt sich, daß durch die Erfindung das Aquisitionsverhältnis um 7% und die Adsorptionslei stung um 30% erhöht werden.

Gemäß der in den Fig. 6 und 7 gezeigten zweiten Aus führungsform wird das Adsorptionsmittel regeneriert, in dem die Hauptadsorber und der Ergänzungsadsorber mit tels der Vakuumpumpe 6 evakuiert werden. Die Regenerie rung wird auch dadurch vorgenommen, daß man 1) den Druck der Adsorber wegnimmt, indem man die Adsorber mit der Atmosphäre in Verbindung treten läßt, oder 2) den Druck der Adsorber durch die oben angegebene Verbindung der Adsorber mit der Atmosphäre wegnimmt und indem man weiterhin die Adsorber mit einer gewissen Menge des Produktgases spült. Die Beispiele 6 und 7 beziehen sich auf die letztgenannte Möglichkeit.

Beispiel 6

Stickstoff wurde aus Luft herausgereinigt, wobei die zwei Hauptadsorber jeweils mit 1,9 l MSC gefüllt waren und der Ergänzungsadsorber mit 0,39 l MSC gefüllt war. Die Regenerierung wurde in der Weise vorgenommen, daß die Adsorber mit der Atmosphäre in Verbindung gebracht wurden und daß weiterhin die Adsorber mit einer gewissen Menge des Produktgases gespült wurden. Die Reinigung des Stickstoffs wurde bei den folgenden Bedingungen durch geführt:

Adsorptionsdruck: 2,94 bar Überdruck
kritische Reinheit P des direkt aus dem Hauptadsor ber ausgetragenen Produktgases: 2,4% O₂
kritische Reinheit P′ des aus dem Ergänzungsadsorber ausgetragenen Produktgases: 2,3% O₂
Adsorptionszeit im Hauptadsorber allein: 28 s
Adsorptionszeit in dem in Reihe geschalteten Haupt adsorber und Ergänzungsadsorber: 30 s
Beschickungsgaszuführung: 7,30 Nl/min und
Menge des Teils des Produktgases, das zum Spülen der Adsorber zur Regenerierung verwendet wurde: 0,5 Nl/min.

Als Ergebnis wurden 1,54 Nl/min Stickstoff mit einem durchschnittlichen Sauerstoffgehalt von 2,0% im Tank ge wonnen, wobei das Aquisitionsverhältnis 21,1% (1,54/7,30 × 100) und die Adsorptionsleistung 22,1 Nm³/m³ (MSC) · h betrugen.

Andererseits wurde die Herausreinigung von Stickstoff unter Verwendung von zwei Adsorbern, die jeweils mit 2,095 l MSC gefüllt waren, bei den folgenden Bedingungen durchgeführt:

Adsorptionsdruck: 2,94 bar Überdruck
Adsorptionszeit: 58 s
zugeführtes Beschickungsgas (Luft): 7,20 Nl/min und Menge des Teils des Produktgases, das zum Spülen der Adsorber zur Regenerierung verwendet wurde: 1,08 Nl/min.

Als Ergebnis der Reinigung wurden 1,08 Nl/min Stickstoff mit einem durchschnittlichen Sauerstoffgehalt von 2,0% im Tank erhalten, wobei das Aquisitionsverhältnis 15% und die Adsorptionsleistung 15,5 Nm³/m³ (MSC) · h betrugen.

Durch die Erfindung wird das Aquisitionsverhältnis um 41% und die Adsorptionsleistung um 43% erhöht. Der Ener gieverbrauch wird im Vergleich zu dem herkömmlichen Ver fahren um 41% gesenkt.

Beispiel 7

Stickstoff wurde aus dem Beschickungsgas (Stickstoff: 95% und Sauerstoff: 5%) herausgereinigt, wobei zwei Hauptadsorber, die jeweils mit 1,9 l MSC gefüllt waren, und ein Ergänzungsadsorber, der mit 0,39 l MSC gefüllt war, verwendet wurden und wobei die Regenerierung da durch durchgeführt wurde, daß die Adsorber mit der At mosphäre in Kontakt gebracht wurden und daß die Adsor ber mit einer gewissen Menge des Produktgases gespült wurden. Die Reinigung wurde bei den folgenden Bedingun gen durchgeführt:

Adsorptionsdruck: 2,94 bar Überdruck
kritische Reinheit P des direkt aus dem Hauptadsor ber ausgetragenen Produktgases: 0,12% O₂
kritische Reinheit P′ des aus dem Ergänzungsadsor ber ausgetragenen Produktgases: 0,11% O₂
Adsorptionszeit im Hauptadsorber allein: 58 s
Adsorptionszeit im in Reihe geschalteten Hauptad sorber und Ergänzungsadsorber: 60 s
Beschickungsgaszuführung: 4,64 Nl/min und Menge des Teils des Produktgases, die zum Spülen der Adsorber für die Regenerierung verwendet wurde: 0,5 Nl/ min.

Als Ergebnis der Reinigung wurden 0,73 Nl/min Stickstoff mit einem durchschnittlichen Sauerstoffgehalt von 0,10% gewonnen, wobei das Aquisitionsverhältnis 15,8% und die Adsorptionsleistung 10,5 Nm³/m³ (MSC) · h betrugen.

Andererseits wurde die Herausreinigung von Stickstoff mit zwei Hauptadsorbern, die jeweils mit 2,095 l MSC ge füllt waren, bei den folgenden Bedingungen durchgeführt:

Adsorptionsdruck: 2,94 bar Überdruck
Adsorptionszeit: 118 s
zugeführtes Beschickungsgas: 4,09 Nl/min und Menge des Teils des Produktgases, der zum Spülen der Adsorber verwendet wurde: 0,5 Nl/min.

Als Ergebnis wurden 0,56 Nl/min Stickstoff mit einem durchschnittlichen Sauerstoffgehalt von 0,10% gewonnen, wobei das Aquisitionsverhältnis 13,7% und die Adsorp tionsleistung 8,0 Nm³/m³ (MSC) · h betrugen.

Durch die Erfindung wird das Aquisitionsverhältnis um 15% und die Adsorptionsleistung um 31% erhöht. Der Ener gieverbrauch wird im Vergleich zu dem herkömmlichen Ver fahren um 15% gesenkt.

Gemäß der in den Fig. 6 und 7 gezeigten zweiten Aus führungsform der Erfindung stehen die oberen Endteile der Hauptadsorber 1 und 2 und die unteren Endteile der Hauptadsorber 1 und 2 durch die Ventile 15 und 25 zum Zweck des Druckausgleichs, wie in Fig. 6 gezeigt, mit einander in Verbindung. Es wird darauf hingewiesen, daß der obere Endteil des Hauptadsorbers 1 mit dem oberen Endteil des Hauptadsorbers 2 in Verbindung gebracht wer den kann und daß auch der untere Endteil des Hauptad sorbers 1 mit dem unteren Endteil des Hauptadsorbers 2 zum gleichen Zweck in Verbindung gebracht werden kann.

Weiterhin wird erfindungsgemäß gemäß der zweiten Ausfüh rungsform der Druckausgleich in zwei Stufen durchge führt, nämlich (a) indem man den Ergänzungsadsorber 3, bei dem die Adsorption vervollständigt ist, mit dem Hauptadsorber 2, bei dem die Regenerierung vervollstän digt ist, in Verbindung bringt und indem man hierauf (b) den Hauptadsorber 1, bei dem die Adsorption vervollstän digt ist, in den oben genannten Hauptadsorber 2 in Ver bindung bringt.

Jedoch können anstelle davon der Hauptadsorber 1 und der Ergänzungsadsorber 3 gleichzeitig mit dem Hauptadsorber 2, bei dem die Regenerierung vervollständigt ist, in Verbindung gebracht werden.

Gemäß der zweiten Ausführungsform ist eine Kombination aus den zwei Hauptadsorbern und einem Ergänzungsadsor ber vorgesehen. Die technische Idee der vorliegenden Er findung kann aber auch dahingehend ausgestaltet werden, daß Ausführungsformen vorgesehen werden, bei denen z. B. eine Kombination aus drei Hauptadsorbern und einem Er gänzungsadsorber, eine weitere Kombination aus drei Hauptadsorbern und zwei Ergänzungsadsorbern usw. vor liegen.

Durch die Erfindung werden Vorteile hinsichtlich der Gleichförmigkeit der Reinheit des Produktgases, des Aquisitionsverhältnisses, der Adsorptionsleistung, des Energieverbrauchs usw. im Vergleich zu dem herkömmli chen Verfahren erhalten.

Claims

1. Verfahren zur Reinigung von Gasen, das man auf der Grundlage eines regulären Zyklus einer Adsorption und Regene rierung (Desorption) unter Verwendung von zwei Hauptadsorbern und eines Ergänzungsadsorbers mit einer geringeren Menge von Adsorptionsmittel als im Hauptadsorber durchführt, dadurch gekennzeichnet, daß man in Stufen

(a) den Adsorptionsprozeß in dem Hauptadsorber, bei dem die Regenerierung vervollständigt ist, wobei das Beschickungs gas Go in diesen eingeleitet wird, gleichzeitig und parallel mit dem Desorptions- (Regenerierungs-)prozeß im weiteren Hauptadsorber, bei dem die Adsorption ver vollständigt ist, und den Ergänzungsadsorbern durch führt,
(b) den Ergänzungsadsorber mit dem Hauptadsorber in Reihe verbindet, um kontinuierlich das Produktgas G aus einem Auslaß des Ergänzungsadsorbers auszutragen, wobei der Regenerierungsprozeß in dem anderen Adsorber weiter geführt wird, wenn das Produktgas G, das aus dem Auslaß des Hauptadsorbers ausgetragen wird, eine vorgewählte kritische Reinheit P erreicht oder dieser nahekommt, und daß man
(c) den Adsorptionsprozeß vervollständigt, wenn das aus dem Auslaß des Ergänzungsadsorbers ausgetragene Produktgas eine vorgewählte kritische Reinheit P′ erreicht oder dieser nahekommt, wobei der Hauptadsorber, bei dem die Adsorption vervollständigt ist, und die Ergänzungsad sorber und der Hauptadsorber, bei dem die Regenerierung (Desorption) vervollständigt ist, nach Druckausgleich in den Regenerierungsprozeß bzw. Adsorptionsprozeß umgeschaltet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß man ein Kohlemolekularsieb (MSC) als Adsorptionsmittel verwendet, daß man den Ergänzungsadsorber mit 5 bis 50% des in den Hauptadsorber eingebrachten Adsorptionsmittels füllt und daß die vorgewählte kritische Reinheit P des Produktgases G am Auslaß eines der Hauptadsorber und die vorgewählte kritische Reinheit P′ des Produktgases G am Auslaß des Ergänzungsadsorbers fast gleich sind.

3. Vorrichtung zur Reinigung von Gasen mit einem Hauptad sorber (1), der mittels eines Rohres mit einem darauf angebrach ten Ventil (12) verbunden ist, und einem Ergänzungsadsorber (3), der mit 5 bis 50% des in den Hauptadsorber (1) eingebrachten Adsorptionsmittels gefüllt ist, dadurch gekennzeich net, daß das Rohr zwischen dem Auslaß (1′) des Hauptadsorbers (1) und dem Ventil (12) verzweigt, um durch ein Ventil (14) mit dem Ergänzungsadsorber (3) in Verbindung zu stehen, wobei die Reinigung des Gases zuerst mit dem Hauptadsorber (1) und hierauf mit dem Hauptadsorber (1) und dem Ergänzungsadsorber (3), der damit in Reihe verbunden ist, durchgeführt wird.

4. Vorrichtung zur Reinigung von Gasen mit

(a) zwei Hauptadsorbern (1, 2), die die Adsorptions- und De sorptions- (Regenerierungs-)prozesse im regulären Zyklus durchführen und deren Auslässe (1′, 2′) mit Rohren mit darauf angebrachten Ventilen (12, 22) verbunden sind, und
(b) einem Ergänzungsadsorber (3), der mit 5 bis 50% des jeweils in die Hauptadsorber (1, 2) eingebrachten Ad sorptionsmittels gefüllt ist, dadurch gekenn zeichnet, daß der Ergänzungsadsorber sowohl den Adsorptions- als auch den Desorptions- (Regenerierungs-) prozeß während der Adsorptions- oder Desorptionszeit für die Hauptadsorber (1, 2) durchführt und beendigt, wobei die genannten Rohre sich zwischen den Auslässen (1′, 2′) und den Ventilen (12, 22) verzweigen, um durch die Ventile (14, 24) mit einem Einlaß des Ergänzungsad sorbers (3) in Verbindung zu stehen, wobei der Adsorp tionsprozeß in einem Hauptadsorber (1, 2) allein und der Desorptions- (Regenerierungs-)prozeß in dem anderen Hauptadsorber (1, 2) und dem Ergänzungsadsorber (3) zuerst parallel und gleichzeitig durchgeführt werden und hierauf der Adsorptionsprozeß in dem Hauptadsorber (1) oder (2) und dem Ergänzungsadsorber (3) und der De sorptionsprozeß in dem anderen Hauptadsorber (1) oder (2) gleichzeitig und kontinuierlich durchgeführt werden.