DE4033140C2 - Druckwechsel-Adsorptionsverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Druckwechsel-Adsorptionsverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Druckwechsel-Adsorptionsverfahren
unter Verwendung einer ersten Absorptionszone, die ein vor
wiegend Sauerstoff aus einem Sauerstoff, Stickstoff, Argon und
Feuchtigkeit sowie ähnlicher Verunreinigungen enthaltenden
Gasstrom adsorbierendes Adsorptionsmittel,
enthält und einen Einlaß und einen Auslaß
umfaßt, sowie einer zweiten Adsorptionszone, die ein Stickstoff
aus einem Sauerstoff und Stickstoff enthaltenden Gasstrom
absorbierendes Adsorptionsmittel enthält und einen Einlaß und
einen Auslaß umfaßt, wobei man - insbesondere zyklisch -
- a) einen zumindest teilweise aus der Atmosphäre abgezogenen und Sauerstoff, Stickstoff, Argon und Feuchtigkeit sowie ähn liche Verunreinigungen enthaltenden Versorgungsgasstrom in die erste Adsorptionszone durch deren Einlaß hindurch ein leitet, so daß Sauerstoff adsorbiert und ein - verglichen mit dem Versorgungsgasstrom - an Stickstoff und Argon rei ches Gasgemisch den Auslaß der ersten Adsoptionszone ver läßt,
- b) den Gasstrom durch die erste Adsorptionszone unterbricht,
- c) gasförmige Bestandteile in Form eines - verglichen mit dem Versorgungsgasstrom - an Sauerstoff reichen und an Stick stoff sowie an Argon armen, insbesondere zunehmende Sauer stoffkonzentration aufweisenden Reinigungsgasstromes während der Dauer eines vorbestimmten Zeitintervalls aus der ersten Adsorptionszone ausbringt, wobei man den Reinigungsstrom während einer Endphase des vorbestimmten Zeitintervalls durch den Einlaß der ersten Adsorptionszone hindurch aus der ersten Adsorptionszone ausbringt und in die zweite Adsorp tionszone durch deren Einlaß hindurch einleitet, so daß Stickstoff adsorbiert wird und ein - verglichen mit den Reinigungsstrom - eine hohe Sauerstoff-Reinheit aufweisender Gasstrom den Auslaß der zweiten Adsorptionszone verläßt,
- d) den Reinigungsgasstrom zu dem Einlaß der zweiten Adsorp tionszone unterbricht und
- e) gasförmige Bestandteile in Form eines Desorptionsstromes aus der zweiten Adsorptionszone über deren Einlaß ausbringt und zu dem Einlaß der ersten Adsorptionszone leitet, so daß der Desorptionsstrom einen Teil des der ersten Adsorptionszone zugeführten Versorgungsgasstromes bildet.
Die Erfindung bezieht sich somit insbesondere auf die Auftren
nung von Luft in seine Bestandteile durch Druckwechsel-Adsorp
tion.
Hochreiner Sauerstoff mit einer Reinheit größer als 95° wird
beispielsweise bei Schweiß- und Schneidverfahren und einigen
medizinischen Anwendungen verwendet.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung hochreinen
Sauerstoffs aus Luft sind beispielsweise aus der EP 0 157 939
A2 bekannt. Das bekannte Verfahren basiert darauf, daß man den
Versorgungsluftstrom während der Zuführung zu einer Kohlen
stoffmolekularsieb-Adsorptionseinheit in einer Druckwechsel-
Trocknungseinheit vortrocknet und den mit Sauerstoff angerei
cherten Desorptionsstrom der Kohlenstoffmolekularsieb-Adsorp
tionseinheit schließlich in eine Stickstoff adsorbierende
Zeolith-Adsorptionseinheit einleitet, welche das hochreine
Sauerstoffgas ausgibt. Die Trocknungseinheit, die Kohlenstoff
molekularsieb-Adsorptionseinheit und die Zeolith-Adsorptions
einheit sind jeweils in zwei gesondert ausgebildete Adsorp
tionsblöcke unterteilt. Die Adsorptionsblöcke der Trocknungs
einheit werden mit dem stickstoffreichen Abgas der Kohlenstoff
molekularsieb-Adsorptionseinheit regeneriert. Diese Regenera
tion der Trocknungseinheit bringt jedoch den Nachteil mit sich,
daß das stickstoffreiche Abgas der Kohlenstoffmolekularsieb-
Adsorptionseinheit in der Trocknungseinheit wieder kontaminiert
wird, so daß es letztendlich nicht als hochreines Stickstoff-
Produktgas zur Verfügung steht.
Das Druckwechsel-Adsorptionsverfahren nach der EP 0 157 939 A2
sieht ferner vor, daß dem Versorgungsluftstrom am Eingang der
Druckwechsel-Adsorptionsvorrichtung mit Sauerstoff angereicher
tes Gas beigemischt wird, welches als Desorptionsgas jeweils
einer der Adsorptionszonen der Kohlenstoffmolekularsieb-Adsorp
tionseinheiten anfällt und über eine Rückführungsleitung in den
Versorgungsluftstrom eingespeist wird. Das bekannte Verfahren
erfordert zu seiner Durchführung einen extrem hohen apparativen
Aufwand. Demgemäß weist die Vorrichtung zur Durchführung des
bekannten Verfahrens, wie bereits erwähnt, sechs gesonderte
Adsorptionszonen für die Trocknung, für die wechselweise Sauer
stoffadsorption aus dem Versorgungsgasstrom und die wechsel
weise Stickstoffadsorption aus den Desorptionsströmen der
Sauerstoff-Adsorptionszonen auf. Die in der EP 0 157 939 be
schriebene Druckwechsel -Adsorptionsvorrichtung benötigt darüber
hinaus 28 steuerbare Ventile, einen Kompressor und eine Vakuum
pumpe. Zu dem großen apparativen Aufwand kommt als weiterer
Nachteil hinzu, daß die Verfahrensführung außerordentlich
kompliziert ist, was sich insbesondere daraus ergibt, daß
Adsorptionszyklen und Desorptionszyklen der jeweils zwei Ad
sorptionszonen für die Trocknung, die Sauerstoffadsorption und
die Stickstoffadsorption teils in komplizierter Weise zeitlich
ineinander zu verschachteln sind, um einen kontinuierlichen
Sauerstoffproduktionsbetrieb zu gewährleisten.
Eine weitere bekannte Druckwechsel-Adsorptionsvorrichtung ist
in der US 4,190,424 beschrieben. Auch diese weitere bekannte
Druckwechsel-Adsorptionsvorrichtung umfaßt je zwei Kohlenstoff
molekularsieb-Adsorptionszonen und Zeolith-Adsorptionszonen und
ferner eine Trocknungseinheit. Die Adsorptionszonen sind über
ein vergleichsweise kompliziertes Netzwerk von Ventilen mitein
ander verbunden, wobei drei Pumpeinheiten erforderlich sind, um
den gewünschten Betrieb zur Herstellung hochreinen Sauerstoffs
zu gewährleisten.
Aus der GB 2 113 567 A sind ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Reinigung eines Gases bekannt. Zur Gewinnung hochreinen
Stickstoffs weist die Vorrichtung nach der GB 2 113 567 A eine
oder zwei Hauptadsorptionszonen und eine Hilfsadsorptionszone
auf, die von gleicher Art wie die Hauptadsorptionszonen ist,
jedoch eine kleinere Kapazität hat. Der Versorgungsgasstrom
(Luft) wird zunächst in eine Hauptadsorptionszone eingeleitet,
die an ihrem Ausgang das Produktgas abgibt. Sobald die Konzen
tration dieses Produktgases einen kritischen Wert in bezug
auf Verunreinigungen aufweist, wird die Hilfsadsorptionszone in
Serie zu der Hauptadsorptionszone geschaltet, wonach das Pro
duktgas an dem Ausgang der Hilfsadsorptionszone anfällt. Nach
dem auch das von der Hilfsadsorptionszone abgegebene Produktgas
einen entsprechenden kritischen Konzentrationswert angenommen
hat, wird die Adsorptionsphase beendet und es schließt sich
eine Regenerationsphase im Gegenstromprinzip an. Gemäß eines
Ausführungsbeispiels des aus der GB 2 113 567 A bekannten
Verfahrens wird parallel zur Regeneration einer Hauptadsorp
tionszone und der Hilfsadsorptionszone eine weitere Hauptad
sorptionszone im Adsorptionsbetrieb betrieben, so daß kontinu
ierlich Produktgas erzeugt werden kann. Das Verfahren hat den
Nachteil, daß der apparative Aufwand zu seiner Durchführung
vergleichsweise groß ist. So sind zwei Pumpeinheiten für die
Förderung der Gasströme erforderlich. Darüber hinaus sind
Gaskühlstufen in der Versorgungsgasstrom-Zuleitung zwecks
Bewirkung einer Entfeuchtung des Versorgungsgasstromes vor
gesehen. Hinzu kommt, daß das sauerstoffreiche Desorptionsgas
der Adsorptionszonen desorbierte Feuchtigkeit enthält und somit
nicht als hochreines Sauerstoffgas zur Verfügung steht. Es wird
somit lediglich ein hochreines Produktgas, nämlich Stickstoff
erhalten.
Entsprechendes gilt für das in der DE 30 07 427 A1 beschriebene
Druckwechsel-Adsorptionsverfahren, bei dem zwei gleichartige
Adsorptionszonen herangezogen werden, die sowohl zur Feuchtig
keitsadsorption als auch zur Sauerstoffadsorption herangezogen
werden und wechselweise im Adsorptionsbetrieb und im Desorp
tionsbetrieb betrieben werden. Als Produktgas wird Stickstoff
gewonnen. Das sauerstoffreiche Desorptionsgas enthält Feuchtig
keit und ähnliche Kontaminationen aus den Adsorptionszonen. Es
wird daher ungenutzt als Abgas abgeleitet. Der apparative
Aufwand der Vorrichtung zur Durchführung des Druckwechsel-
Adsorptionsverfahrens nach der DE 30 07 427 A1 ist geringer als
bei den anderen, oben angesprochenen Vorrichtungen nach dem
Stand der Technik.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Druckwechsel-Adsorptionsverfahren der im Oberbegriff des An
spruchs 1 genannten Art in bezug auf den Verfahrensablauf und
den dazu erforderlichen apparativen Aufwand zu vereinfachen und
ferner so zu gestalten, daß eine vielseitigere Ausbeutung des
Versorgungsgasstroms ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das in
die erste Adsorptionszone eintretende Gasgemisch vor Eintritt
in das Kohlenstoffsiebmaterial
zuerst durch ein Zeolith-Siebmaterial, welches Feuchtigkeit und
ähnliche Verunreinigungen aus dem Versorgungsgasstrom adsor
biert, hindurchströmt und daß man in Schritt c) den Reinigungs
gasstrom während der Dauer einer der Endphase unmittelbar
vorausgehenden Anfangsphase des vorbestimmten Zeitintervalls
durch den Einlaß der ersten Adsorptionszone hindurch aus der
ersten Adsorptionszone ausbringt und an die Atmosphäre ablei
tet, um in der ersten Adsorptionszone adsorbierte Feuchtigkeit
und ähnliche Verunreinigungen zu entfernen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kommt mit zwei Adsorptionszonen
mit unterschiedlichen Adsorptionsfüllungen aus, wobei die für
die Sauerstoffadsorption aus dem Versorgungsgasstrom zuständige
Adsorptionszone auch für die Feuchteadsorption herangezogen
wird. Der am Ausgang der ersten Adsorptionszone gemäß Schritt
a) erhaltene stickstoffreiche Gasstrom ist somit bereits ent
feuchtet und wird nicht weiter kontaminiert, so daß aus dem
Versorgungsgasstrom vergleichsweise reines Stickstoffgas gewon
nen werden kann.
Die Trennung von Sauerstoffgas und Feuchtigkeit bzw. weiterer
Kontaminationen erfolgt auf unkomplizierte Weise dadurch, daß
man den Reinigungsgasstrom bzw. Desorptionsgasstrom der ersten
Adsorptionszone zunächst zur Atmosphäre hin entlüftet, um
Feuchtigkeit und ähnliche Kontaminationen aus dem Verfahrens
zyklus zu entfernen. Erst danach wird das nachströmende, von
Feuchte und ähnlichen Verunreinigungen im wesentlichen freie
sauerstoffreiche Desorptionsgas der ersten Adsorptionszone in
die zweite Adsorptionszone eingeleitet, die eine weitgehende
Stickstoffentfernung gewährleistet, so daß am Ausgang der
zweiten Adsorptionszone hochreines Sauerstoffgas gewonnen
werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert zu seiner Durchführung
lediglich ein Pumporgan und eine vergleichsweise geringe Anzahl
von Ventilen. Der Verfahrensablauf ist unkompliziert, so daß
auch der Aufwand für die Steuerung der Gasströme gering ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert daher einen ver
gleichsweise geringen apparativen Aufwand zu seiner Durchfüh
rung und ermöglicht dennoch eine vielseitige Ausbeutung des
Versorgungsgasstromes, da neben hochreinem Sauerstoff auch
Stickstoffgas gewonnen werden kann. Bevorzugte Weiterbildungen
des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 4
angegeben.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durch
führung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie sie in Anspruch 5
angegeben ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich
durch einen einfachen Aufbau aus.
Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind in den Ansprüchen 6 und 7 angegeben.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei
spiels unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Darin
zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Durchführung des Druckwechsel-Adsorp
tionsverfahrens, wobei die Flußrichtungen des Gases
entsprechend einer Stufe eines Verfahrenszyklus ein
gezeichnet sind,
Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht, wobei die
Flußrichtungen des Gases entsprechend einer weiteren
Stufe des Verfahrenszyklus eingezeichnet sind,
Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht, wobei die
Flußrichtungen des Gases entsprechend einer weiteren
Stufe des Verfahrenszyklus eingezeichnet sind,
Fig. 4 ein die verschiedenen Verfahrensstufen der in den
Fig. 1 bis 3 schematisch dargestellten Druckwech
sel-Adsorptionsvorrichtung wiedergebendes Schaubild
und
Fig. 5 eine grafische Darstellung, die die Druckhöhen der
Adsorber und des Vorratstanks während der in Fig. 4
dargestellten Betriebsstufen zeigt.
In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer allgemein
mit 20 bezeichneten Vorrichtung zur Auftrennung eines Versor
gungsstromes eines Gasgemisches in Ströme gezeigt, welche reich
an vorbestimmten Bestandteilen des Gemisches sind. In die
dargestellte Vorrichtung 20 wird ein zumindest teilweise aus
Luft bestehendes Gasgemisch eingebracht, das die Vorrichtung 20
in Form von zwei Gasströmen verläßt, von denen einer reich an
Stickstoff und der andere reich an Sauerstoff ist. Wie nach
stehend noch verdeutlicht wird, ist die gezeigte Vorrichtung 20
zur Ausführung des erfindungsgemäßen Druckwechsel-Adsorptions
verfahrens für die Auftrennung von Luft zwecks Herstellung
eines stickstoffreichen und eines sauerstoffreichen Stromes
eingerichtet.
Die Vorrichtung 20 umfaßt eine einzelne Pumpe oder einen Kom
pressor 22, Adsorptionszonen, nämlich einen ersten Adsorptions
bereich 24 (Adsorptionsbett 24) sowie einen zweiten Adsorp
tionsbereich 28 (Adsorptionsbett 28), ein Reservoir in Form
eines Vorratstanks 30 zur Sammlung des den zweiten Adsorptions
bereich verlassenden Produktgases und ein Netzwerk an Rohrlei
tungen, welche den betriebsmäßigen Fluß zwischen dem Kompressor
22 sowie dem ersten und zweiten Adsorptionsbereich 24, 28
gestatten. Zusätzlich sind eine erste Ventileinrichtung 25 und
eine zweite Ventileinrichtung 26 in dem vorgenannten Netzwerk
an Rohrleitungen angeordnet, um den Gasfluß durch den Kompres
sor 22 und die Adsorptionsbereiche 24, 28 zu steuern. Um die
Vorrichtung 20 durch ihre Betriebsstufen zu führen, umfaßt die
Vorrichtung 20 eine Steuerungseinrichtung 32, die betriebsmäßig mit
den Ventileinrichtungen 25, 26 verbunden sind.
Der Kompressor 22 weist einen Einlaß 34 und einen Auslaß
36 auf. Flußrohrleitungen 38, 40 sind betriebsmäßig
mit dem Kompressoreinlaß 34 bzw. dem Kompressorauslaß 36
verbunden. Der Kompressor
22 wird zum Einsaugen von Luft in die Vorrichtung 20, zum
Herauspumpen von Abgas aus der
Vorrichtung 20 und zur Förderung der Gasströme zwischen
dem ersten und zweiten Adsorptionsbereich 24, 28 verwendet.
Der erste Adsorptionsbereich 24 umfaßt
einen einzelnen Behälter 42, der einen Einlaß 44 und einen
Auslaß 46 sowie einen inneren Hohlraum aufweist, der
zwischen dem Einlaß 44 und dem Auslaß 46 angeordnet ist.
Der Hauptabschnitt des Hohlraums des Behälters 42 ist mit
Adsorbermaterial 41 gefüllt, um Sauerstoff
aus einem Sauerstoff, Stickstoff und Argon enthaltenden
Versorgungsstrom zu adsorbieren bei einer gegenüber der
Adsorption von Stickstoff und Argon größeren Geschwindig
keit. Demgemäß ist das Adsorbermaterial 41 des Bereichs 24
dafür geeignet, Bestandteile des Gasgemisches, basierend
auf den Grundsätzen der kinetischen Abtrennung, zu
adsorbieren, wobei der aus dem Sauerstoff, Stickstoff und
Argon enthaltenden Gasgemisch adsorbierte Hauptbestandteil
Sauerstoff ist. Das Adsorbermaterial 41 des ersten Ad
sorptionsbereichs 24 kann eine Vielzahl von
Adsorbermaterialien umfassen, jedoch wird vorzugsweise ein
Kohlenstoffsiebmaterial vorgesehen. Im folgenden wird zur Beschreibung
des Ausführungsbeispiels von der Verwendung von Kohlenstoffsiebmaterial ausgegangen.
Zusätzlich zu dem Kohlenstoffsiebmaterial 41 beinhaltet der
Behälter 42 auch eine Schicht einer gegenüber der Menge des
Kohlenstoffsiebmaterials 41 kleine Mengen 43 von Zeolith
siebmaterial, das zwischen dem Einlaß 44 und
dem Kohlenstoffsiebmaterial 41 angeordnet ist. Zusammen
verleihen das Kohlenstoffsiebmaterial 41 und das
Zeolithsiebmaterial 43 dem ersten Bereich 24 eine Ver
bundnatur. Das Zeolithsiebmaterial 43 ist innerhalb des
Bereichs 24 wegen seiner Fähigkeit, Feuchtigkeit und
ähnliche Verunreinigungen zu adsorbieren, vorgesehen und
so angeordnet, daß ein in
den Einlaß 44 des Bereichs 24 eintretendes Gasgemisch
veranlaßt wird, durch das Zeolithsiebmaterial 43 vor dem
Eintritt in das Kohlenstoffsiebmaterial 41 hindurchzu
strömen. Deshalb ist das dann in das Kohlenstoffsiebma
terial 41 eintretende Gasge
misch im wesentlichen frei von Feuchtigkeit und ähnlichen
Verunreinigungen.
Während einer Betriebsphase der Vorrichtung 20 wird ein
Sauerstoff, Stickstoff und Argon enthaltendes Gasgemisch
durch den Einlaß 44 des ersten Bereichs 24 geführt. Da die
Diffusionsrate von Sauerstoff innerhalb des ersten Be
reichs 24 um zwei Größenordnungen größer als die Diffusi
onsrate von Stickstoff oder Argon ist, wird der Stickstoff
und das Argon durch das Kohlenstoffsiebmaterial 41 hin
durch und aus dem Auslaß 46 herausgeführt,
während Sauerstoff und ein kleinerer Betrag des Stick
stoffs und des Argons durch das Kohlenstoffsiebmaterial 41
adsorbiert werden. Da der den Auslaß 46 verlas
sende Gasstrom verhältnismäßig reich an Stickstoff in
bezug auf das Volumen ist, kann dieser austretende Gas
strom in einem nicht gezeigten Vorratstank gesammelt
werden, um ihn als Produktgas zu verwenden, welches eine
hohe Stickstoffreinheit besitzt. Um ein Zurückfließen des
den Auslaß 46 verlassenden Gasgemisches in den
Bereich 24 durch den Auslaß 46 zu verhindern, ist ein
Absperr- oder Rückschlagventil 50 vorgesehen, welches
betriebsmäßig in einer von dem Auslaß 46 weg
führenden Rohrleitung 49 angeordnet ist.
Der zweite Adsorptionsbereich 28 der Vorrichtung 20 umfaßt
einen einzelnen Behälter 42, der einen Einlaß 54 und einen
Auslaß 56 sowie einen inneren Hohlraum aufweist, der
zwischen dem Einlaß 54 und dem Auslaß 56 angeordnet ist.
Der Hohlraum des Behälters 52 ist mit einer Menge eines
Adsorbermaterials 53 gefüllt, welches geeignet ist,
Stickstoff aus einem Sauerstoff, Stickstoff und Argon
enthaltenden Gasstrom zu adsorbieren, wobei der Adsorp
tionsmechanismus des Bereichs 28 auf den Prinzipien der
Gleichgewichtsabtrennung beruht. Das Adsorbermaterial 53
des zweiten Adsorptionsbereichs 28 kann durch eine Viel
zahl von Materialien gebildet sein, jedoch wird vorzugsweise
ein Zeolithsiebmaterial vorgesehen,
von dessen Verwendung in der weiteren Beschreibung des Ausführungsbeispiels ausgegangen wird. Um
stickstoffreiche und sauerstoffreiche Ströme mit dem
hierin beschriebenen Druckwechsel-Adsorptionsverfahren zu
erzeugen, ist die Menge des in dem Behälter 52 des zweiten
Bereichs 28 enthaltenden Zeolithsiebmaterials 53 im
Verhältnis zu der Menge des in dem Behälter 42 des ersten
Bereichs 24 angeordneten Kohlenstoffsiebmaterials verhältnismäßig
klein. In der dargestellten Vorrichtung ist
die Menge des Zeolithsiebmaterials 53 ungefähr 1/3 so groß
wie die Menge des Kohlenstoffsiebmaterials 41.
Während einer vorgewählten Betriebsphase der Vorrichtung
20 wird ein gegenüber dem in den ersten Bereich 24 ein
tretenden Versorgungsstrom an Sauerstoff reicher und an
Stickstoff und Argon armer Gasstrom in den Einlaß 54 des
zweiten Bereichs 28 geführt, so daß Stickstoff durch das
Adsorptionsmaterial 53 adsorbiert wird. Folglich weist der
aus dem Bereich 28 durch den Auslaß 56 herausflie
ßende Gasstrom eine hohe Sauerstoffkonzentration und eine
niedrige Argonkonzentration auf und ist weiterhin arm an
Stickstoff. Zur Sammlung des hochreinen Sauerstoffpro
dukts, welches aus dem zweiten Bereich 52 durch den
Auslaß 56 fließt, ist der Vorratstank 30 mit dem
Auslaßbereich 56 mittels paralleler Rohrleitungen 57, 59
verbunden. Ein Absperr- oder Rückschlagventil 58 ist in
geeigneter Weise innerhalb der Rohrleitung 57 angeordnet, um
den Fluß des Gases, welches durch die Rohrleitung 57 strömt, auf die Richtung zu dem
Vorratstank 30 hin zu beschränken. Zusätzlich ist in
geeigneter Weis eine Öffnung 60 innerhalb der Rohrleitung
59 angeordnet, um die Flußrate des Gases zu steuern, das vom Vorratstank 30
zurück zum Auslaß 56 strömt.
Zur Erleichterung des Abziehens
des Produktgases vom Vorratstank 30 bei einem geregelten
Druck, ist ein Sauerstoffregler 61 in einer Rohrleitung 76
angebracht, die von dem Vorratstankausfluß wegführt.
Wie bereits vorstehend erwähnt wurde, sind die
erste und die zweite Ventileinrichtung 25, 26 der Vorrichtung 20
innerhalb des den Kompressor 22 und die Adsorptionsbe
reiche 24 und 28 verbindenden Netzwerks an Rohrleitungen
angeordnet, um den Fluß des Gasstroms zwischen den Be
reichen 24, 28 und durch die Bereiche 24, 28 wahlweise zu
führen. Für den vorliegenden Zweck sind die Rohrleitungen
des vorerwähnten Netzwerkes mit 80, 82, 84, 86, 88, 90 in Fig.
1 bezeichnet. Die erste Ventileinrichtung 25 umfaßt ein
erstes Zweiwegeventil 62, welches betriebsmäßig stromaufwärtig
des Kompressoreinlasses 34 in Reihe mit der Rohrleitung
80 mit dieser verbunden ist, wie dies in Fig. 1
gezeigt ist, um wahlweise dem Kompressor 22 ein Einsaugen
von Luft in die Vorrichtung 20 aus der umgebenden Atmosphäre
zu gestatten oder zu verhindern. Die erste Ventileinrichtung
25 umfaßt darüber hinaus ein zweites Zweiwegeventil
68, welches in der Rohrleitung 82 angeordnet ist
und in Reihe zwischen dem Kompressoreinlaß 34 sowie dem
Einlaß 44 des ersten Bereichs 24 geschaltet ist. Darüber
hinaus umfaßt die erste Ventileinrichtung 25 ein drittes
Zweiwegeventil 70, welches in der Rohrleitung 84 angeordnet
ist und in Reihe zwischen dem Kompressoreinlaß 34
sowie dem Einlaß 54 des zweiten Bereichs 28 angeordnet ist.
Aus einem noch darzulegenden Grund umfaßt die Ventileinrichtung
25 weiterhin ein Absperr- oder Rückschlagventil 74,
welches in Reihe mit dem ersten Ventil 62 und dem Kom
pressoreinlaß 34 geschaltet ist, um den Fluß der Luft
durch das Ventil 62 auf die Flußrichtung zu dem Kompressoreinlaß 34 hin zu beschränken.
Die Ventileinrichtung 26 umfaßt ein erstes Zweiwegeventil 64,
welches betriebsmäßig stromabwärtig des Kompressorauslasses
36 in Reihe mit der Rohrleitung 86 geschaltet und mit
dieser verbunden ist, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, um
wahlweise dem Kompressor 22 eine Abgabe von Gas aus der
Vorrichtung 20 an die umgebende Atmosphäre zu gestatten
oder zu vermeiden. Die zweite Ventileinrichtung 26 umfaßt
ferner ein zweites Zweiwegeventil 66, welches in der
Rohrleitung 88 angeordnet ist und in Reihe zwischen dem
Kompressorauslaß 36 und dem Einlaß 44 des ersten Bereichs
24 geschaltet ist. Darüber hinaus umfaßt die zweite
Ventileinrichtung 26 ein drittes Zweiwegeventil 72, welches in
der Rohrleitung 90 angeordnet ist und in Reihe zwischen
dem Kompressorauslaß 90 und dem Einlaß 54 des zweiten
Bereiches 28 geschaltet ist.
Jedes der vorerwähnten Zweiwegeventile 62, 64, 66, 68, 70 und
72 in der Einrichtung 20 ist ein elektromagnetisch befähigbares Ventil,
welches durch Ein- bzw. Ausschalten elektrischer Energie steuerbar ist.
Zusätzlich umfaßt die Steuerungseinrichtung 32 der
Vorrichtung 20 Zeiterfassungsmechanismen, die in geeigneter
Weise mit den Ventilen 62, 64, 66, 68, 70 und 72 verdrahtet
sind, um die Ventile am Ende einer vorbestimmten Zeitperiode
zu öffnen oder zu schließen. Folglich werden die
verschiedenen Stufen der hierin beschriebenen Betriebsweise
der Einrichtung automatisch durch die Steuerungseinrichtung
32 gesteuert, welche automatisch die Dauer der
Zeitintervalle steuert, in denen die Ventile 62, 64, 66, 68, 70 und 72
geöffnet oder geschlossen sind.
In bezug auf die Fig. 1-4 umfaßt eine Ausführung des
Druckwechsel-Adsorptionsverfahrens, welches mit der Vor
richtung 20 durchgeführt wird, einen Arbeitszyklus, wobei
jeder Zyklus drei Stufen aufweist. In kurzen Worten kann
die erste Stufe als eine Zufüh
rungs-/Stickstoffproduktionsstufe bezeichnet werden,
während der ein Versorgungsstrom, der von der Atmosphäre
abgezogene Luft und einen den Einlaß 54 des zweiten
Bereichs 28 verlassenden, gasförmigen Desorptionsstrom
umfaßt, in den Einlaß 44 des ersten Bereiches 24
geführt wird. Da der Versorgungsstrom durch den ersten
Bereich 24 strömt, verläßt ein Gas, welches gegenüber dem
in den Einlaß 44 eintretenden Versorgungsstrom
reich an Stickstoff und Argon ist, den Auslaß 46.
Falls dies gewünscht wird, kann das den Auslaßbereich 46
verlassende Gas zur Verwendung als ein hoch reines Stick
stoffprodukt gesammelt werden. Die zweite Stufe kann als
eine ungenutzte Gasauslaß- oder Abgasstufe beschrieben
werden, während der der Einlaß 44 in die Atmosphäre
entlüftet wird. Die dritte Stufe kann als eine
Sauerstoffproduktionsstufe bezeichnet werden, während der
gasförmige Bestandteile des ersten Adsorptionsbereichs 24
in den zweiten Bereich 28 durch den Einlaß 54 geführt
werden. Da die von dem ersten Bereich 24 stammenden
gasförmigen Bestandteile durch den zweiten Bereich 28
geführt werden, verläßt ein Produktgas, welches gegenüber
dem in den Einlaß 54 eintretenden Fluß an
gasförmigen Bestandteilen reich an Sauerstoff ist, den
Auslaß 56 und wird zum weiteren Gebrauch in dem
Vorratstank 30 gesammelt. Zur Vervollständigung der
Sauerstoffproduktionsstufe wird der zweite Bereich 28 von
gasförmigen Bestandteilen gereinigt, derart, daß ein
Desorptionsstrom den zweiten Bereich 28 über dessen Einlaß
54 verläßt und zusammen mit einer Menge atmosphärischer
Luft in Richtung des Einlasses 44 des ersten Bereiches 24
geleitet wird, um den Verfahrenszyklus von neuem zu
beginnen.
Die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Ausführung
des Verfahrens kann am besten im Zusammenhang mit einer
Beschreibung der Führung der Zweiwegeventile
62, 64, 66, 68, 70 und 72 der Vorrichtung 20 verstanden
werden. Bevor die erste Stufe, d. h. die Zuführungs-/
Stickstoffproduktionsstufe, beginnt, werden die Ventile 68
und 72 geöffnet sowie die Ventile 62, 64, 66 und 70 ge
schlossen, derart, daß ein Gasstrom durch den Kompressor
22 von dem ersten Bereich 24 zu dem zweiten Bereich 28
gepumpt wird und daß der Innendruck des ersten Bereichs 24
unterhalb des Atmosphärendrucks ist und der Innendruck des
zweiten Bereichs 28 auf einen höheren Druck geführt ist,
wie dies in Fig. 5 gezeigt ist.
Um die erste Stufe, d. h. die Zufüh
rungs-/Stickstoffproduktionstufe, zu starten, werden die
Ventile 64, 68 und 72 geschlossen und die Ventile 62, 66 und 70 geöffnet, so daß ein Versorgungsstromgemisch aus
atmosphärischer Luft und ein Desorptionsgasstrom von dem
unter Druck gesetzten zweiten Bereich 28 zu dem Einlaß 44
des ersten Bereichs 24 durch den Kompressor 22 geliefert
wird, wie dies durch den Flußrichtungspfeil A in Fig. 1
angedeutet ist. Die aus Fig. 5 hervorgeht, fällt der
Innendruck des zweiten Bereichs 28 schnell während der
Startzeitabschnitte der ersten Stufe auf eine Höhe ge
ringfügig unterhalb des atmosphärischen Drucks. Bis der
Druck in dem zweiten Bereich 28 auf atmosphärische Höhe
fällt, wird der zu dem Einlaß 44 des ersten Bereichs 24
geführte Versorgungsstrom vollständig von dem
Desorptionsgasstrom auf genommen, welcher den zweiten
Einlaßbereich 54 verläßt. Das Absperr- oder Rückschlag
ventil 74 verhindert das Abfließen des Desorptionsgases
aus der Vorrichtung 20 durch das geöffnete Ventil 62.
Sobald der Innendruck des zweiten Bereiches 28 den atmo
sphärischen Druck erreicht, beginnt der Kompressor 22 Luft
von der umgebenden Atmosphäre abzuziehen und fährt mit der
Evakuierung des zweiten Bereiches 28 fort. Deshalb wird,
während des zuletzt genannten Zeitabschnitts der ersten
Stufe das Gasgemisch, das durch den Kompressor 22 zur
Belieferung als Versorgungsstrom an den ersten Bereich 24
gefördert wird, teilweise von den gasförmigen
Bestandteilen, die von dem zweiten Bereich 28 abgezogen
werden, und teilweise von der Frischluft,
die von der Umgebung abgezogen wird,
gebildet.
Das Gasgemisch, welches durch den Kompressor 22 während
der ersten Stufe, oder Stickstoffherstellungsstufe,
gefördert wird, wird als ein Versorgungsstrom zu dem
ersten Bereich geführt, wo Sauerstoff hauptsächlich durch
das Adsorptionsmaterial 41 adsorbiert wird. Wie bereits
vorstehend erwähnt wurde, wird die in dem Versorgungsstrom
vorhandene Feuchtigkeit oder ähnliche Verunreinigungen in
der Schicht des Zeolithsiebmaterials 43 in dem Bett
adsorbiert, so daß vor dem Eintreten in die Schicht des
Kohlenstoffsiebmaterials 41 der Versorgungsstrom im
wesentlichen frei von Feuchtigkeit und ähnlichen Verun
reinigungen ist. Da der Versorgungsstrom weiterhin durch
das Bettmaterial 41 geführt wird, wird hauptsächlich
Sauerstoff adsorbiert, so daß der den Auslaßbereich 46
verlassende Gasstrom gegenüber dem Versorgungsstrom reich
an Stickstoff und Argon ist. Wie in Fig. 5 gezeigt ist,
steigt der Innendruck des ersten Bereiches 24 während der
Dauer der ersten Stufe, oder der Versor
gungs-/Stickstoffproduktionsstufe an.
Die zweite Stufe- oder Abgasauslaßstufe, beginnt, wenn der
erste Bereich 24 etwa gesättigt ist. Demgemäß wird die
Zeitsteuerung der Steuerungseinrichtung 32
voreingestellt, um gleichzeitig die geeigneten Ventile zu
schließen bzw. zu öffnen im Anschluß an eine vorbestimmte
Zeitperiode, die normalerweise ausreicht, um den ersten
Adsorptionsbereich 24 zu sättigen während der ersten
Stufe oder Zuführungs-/Stickstoffproduktionsstufe.
Insbesondere schließt im Anschluß an die vorbestimmte
Zeitperiode, die ausreicht, um den Bereich 24 zu sättigen,
die Steuerungseinrichtung 32 die Ventile 62, 66, 70 und 72, das
noch von der vorhergehenden ersten Stufe geschlossen
ist, und öffnet die Ventile 64 und 68, um die zweite
Stufe zu starten. Sobald die Ventile 64 und 68 geöffnet
sind, werden die gasförmigen Bestandteile des
Adsorberbereichseinlaß 44 in die Atmosphäre entlüftet, wie
dies durch den Flußrichtungspfeil B in Fig. 2 gezeigt ist.
Das bei dem ersten Adsorberbereichsauslaß 46 angeordnete
Absperr- oder Rückschlagventil 50 verhindert, daß Gas
welches den Bereichsauslaß 46 verläßt,
in den Auslaß 46 des Adsorberbereichs 24 zurückfließt.
Da die gasförmigen Bestandteile den ersten Adsorptionsbe
reich 24 durch dessen Einlaß 44 verlassen, wird der erste
Bereich 24 von desorbierten Bestandteilen in einem Reini
gungsgasstrom gereinigt. Daraus folgt, daß der den Ein
laßbereich 44 verlassende Reinigungsgasstrom reich an.
Sauerstoff gegenüber dem in den Einlaßbereich 44 eingeführten
Versorgungsstrom ist, da der Sauerstoff der durch den
Bereich 24 während der ersten Stufe hauptsächlich
adsorbierte Gasbestandteil ist.
Der Zweck der zweiten Stufe- oder Abgasauslaßstufe ist,
denjenigen Teil des Reinigungsgasstroms an die Atmosphäre
abzugeben, welcher die höchste Konzentration an Feuchtig
keit und vergleichbaren Verunreinigungen beinhaltet, die
aus dem ersten Bereich 24 während der Reinigung entnommen
worden sind. Der anfängliche Teil
des den Adsorberbereichseinlaß 44 verlassenden
Reinigungsgasflusses enthält den Hauptteil der Feuchtigkeit und der
vergleichbaren Verunreinigungen, die zuvor durch die
Zeolithschicht 43 gesammelt wurden. Es ist dieser, die Feuch
tigkeit enthaltende Teil des Reinigungsgasstromes, welcher
an die Atmosphäre abgegeben wird. Der Teil des Reini
gungsstroms, der auf den die Feuchtigkeit enthaltenden
Teil folgt, weist einen progressiven Anstieg in der
Sauerstoffkonzentration im Laufe der Zeit auf. Wie in Fig.
5 dargestellt ist, fällt der Innendruck des ersten Ad
sorptionsbereichs 24 sehr schnell während der Periode der
zweiten Stufe oder Abgasabgabestufe und wird auf
eine Höhe unterhalb des atmosphärischen Drucks reduziert
infolge des kontinuierlichen Abzugs der
gasförmigen Bestandteile von dem Bereich 24 durch den Kompressor 22.
Im Anschluß an eine vorbestimmte Zeitperiode, welche mit
der Abgasabgabestufe beginnt, wie beispielsweise zwischen
zwei und fünf Sekunden, schließt die Steuerungeinrichtung 32
das Ventil 64, um den Fluß des Reinigungsgases an die
Atmosphäre zu unterbrechen, und öffnet das Ventil 72, um
die dritte Stufe, oder Sauerstoffherstellungsstufe zu
starten. Mit den nun geöffneten Ventilen 68, 72 werden die
gasförmigen Bestandteile des ersten Bereiches 24, welche
fortlaufend aus dem Einlaß 44 des Adsorptionsbereichs 24
durch den Kompressor 22 abgezogen werden, in den Einlaß 54
des zweiten Adsorptionsbereichs 28 gepumpt, wie dies durch
den Flußrichtungspfeil C in Fig. 3 dargestellt ist. Da
diese gasförmigen Bestandteile, die gegenüber dem in den
ersten Bereich 24 eingeführten Versorgungsstrom reich an
Sauerstoff und arm an Stickstoff und Argon sind, fortlaufend
von dem ersten Bereich 24 durch den Adsorptionsbereichs
einlaß 54 geführt werden, wird Stickstoff adsorbiert von
dem Gasstrom, welcher durch den zweiten Bereich 28 geführt
wird, so daß das Gas, welches den Adsorptionsbereichsaus
laß 56 verläßt und in dem Vorratstank 30 als
Produktgas gesammelt wird, im wesentlichen aus hoch reinem
Sauerstoff besteht.
Wie in Fig. 5 dargestellt ist, fährt der Innendruck des
ersten Adsorptionsbereichs 24 fort, während der Dauer der
dritten Stufe oder Sauerstoffproduktionsstufe zu
fallen, während der Innendruck des zweiten Adsorptionsbe
reichs 28 zunimmt. Der Kompressor 22 arbeitet als eine
Vakuumpumpe während des Zyklus der dritten Stufe, wobei er
den Innendruck des ersten Bereichs 24 unterhalb
des atmosphärischen Drucks hält, während gleichzeitig die Höhe
des Innendrucks des zweiten Bereichs 28 auf ein höheres
Niveau zunimmt. Die Druckhöhe des zweiten Bereichs 28 ist
so in einem angehobenen Zustand und die Druckhöhe des
ersten Bereichs 24 befindet sich in einem drucklosen
Zustand unterhalb der Höhe des atmosphärischen Drucks,
wenn der Arbeitszyklus mit der ersten Stufe oder
Zuführungs-/Stickstoffproduktionsstufe gestartet wird.
Um den Arbeitszyklus mit der ersten Stufe oder der
Zuführungs-/Stickstoffproduktionsstufe zu starten, schließt
die Steuerungseinrichtung 32 die Ventile 68 und 72 und öffnet
die Ventile 62, 70 und 66 erneut. Diese erste Stufe oder
Zuführungs-/Stickstoffproduktionsstufe wird erneut
gestartet, wenn der Adsorptionsbereich 28 etwa gesättigt
wird. Demgemäß ist die Zeitsteuerung der Steuerungs
einrichtung 32 vorgewählt, um gleichzeitig die
Ventile 68 und 72 zu schließen und die Ventile 62, 70 und
76 zu öffnen im Anschluß an eine Zeitperiode, die norma
lerweise ausreicht, um den Adsorptionsbereich 28 während
der dritten Stufe oder Sauerstoffproduktionsstufe zu
sättigen.
Wie vorstehend erwähnt wurde, enthält der an den Einlaß 44
des ersten Adsorptionsbereich 24 gelieferte Versorgungs
strom teilweise den Desorptionsgasstrom, welcher den
Einlaß 54 des zweiten Bereichs 28 während der ersten
Stufe oder Zuführungs-/Stickstoffproduktionsstufe
verläßt. Da der Gasstrom, der durch den zweiten Bereich 28
während der dritten Stufe oder Sauerstoffprodukti
onsstufe geführt wird, hoch mit Sauerstoff angereichert
ist, enthält der Desorptionsgasstrom, welcher von dem
zweiten Bereich 28 während der ersten Stufe abgezogen
wird, Sauerstoff in einer höheren Konzentration als Luft.
Deshalb wächst durch die Rückführung des den zweiten
Bereich 28 durch den ersten Bereich 24 während der ersten
Stufe verlassenden Desorptionsgasstroms der Wirkungsgrad
der Erzeugung des hochreinen Sauerstoffs wesentlich. Die
Sauerstoffproduktion wird weiterhin durch die
Reinigungsschleife gesteigert, die durch die Rohrleitung
59 und die Öffnung 60 vorgesehen ist.
Im Zusammenhang mit dem Fallen des Innendruckes des
Vorratstanks 30 während der ersten und zweiten Stufe, wie
dies in Fig. 5 gezeigt ist, wird darauf hingewiesen, daß
ein hoch angereichertes Sauerstoffprodukt fortlaufend von
dem Vorratstank 30 durch die Rohrleitung 76 (Fig. 1) für
die Verwendung während jeder und aller Stufen des Betriebs
der Vorrichtung abgezogen werden kann. Demgemäß gibt der
in dem Schaubild der Fig. 5 wiedergegebene Innendruck des
Vorratstanks 30 einen kontinuierlichen Abzug des Produkt
gases von dem Vorratstank 30 wieder und wächst nur während
der dritten Stufe, wenn der Tank 30 durch das den Auslaß
56 des zweiten Bereichs 28 verlassenden Produktgas
wieder unter Druck gesetzt wird.
Die vorstehend beschriebene Vorrichtung 20 kann optimiert
werden, um gleichzeitig begrenzte Mengen
hochreinen Sauerstoffs und Stickstoffs (99,5%) zu
erzeugen. Alternativ hierzu kann die Vorrichtung 20
optimiert werden, um gleichzeitig größere
Mengen einer der beiden Komponenten: Sauerstoff und
Stickstoff, mit einer hohen Reinheit (99,5%) zu erzeugen
und die andere der beiden Komponenten
mit einer geringeren Reinheit (über
90,0%) zu erzeugen. Die Optimierung jeder der vorerwähnten
Betriebsweisen kann durch geeignete Einstellung der
Zeitzyklen und der Relativbeträge der Produkte erreicht
werden, die durch die Rohrleitung 49 abgezogen werden, die
mit dem Auslaßbereich 46 verbunden ist, und durch die
Rohrleitung 76 abgezogen werden, die mit dem Auslaß des
Vorratstanks 30 verbunden ist.
Es wurde ein Zweibett-Druckwechseladsorptionsverfahren beschrieben,
welches sowohl den kinetischen Abtrennungsmechanismus als
auch den Gleichgewichtsabtrennungsmechanismus zur gleich
zeitigen Herstellung von stickstoffreichen und
sauerstoffreichen Produktströmen verwendet, welche eine
Reinheit von wenigstens 99,5% aufweisen. Eines der beiden
Adsorptionsbetten weist einen geschichteten Aufbau von
zwei Adsorptionsmaterialien auf. Die Entlüftung dieses
Verbundbettes an die Atmosphäre während einer vorgewählten
Stufe des Arbeitszyklus entfernt Feuchtigkeit
hiervon und verhindert dabei einen Nettofeuchtigkeitsanstieg
innerhalb der Vorrichtung. Zusätzlich umfaßt die
Vorrichtung nur einen einzelnen Kompressor 22 und eine kleine
Anzahl von Ventilen, so daß der apparative Aufwand gering ist.
Während die
Vorrichtung 20 arbeitet, regeneriert der einzelne Kom
pressor 22 einen der beiden Adsorptionsbereiche durch
Abzug, während gleichzeitig der andere Adsorptionsbereich
unter Druck gesetzt und versorgt wird, um die Abtrennung
zu bewirken.
Die Ventileinrichtungen 25, 26,
die in dem oben diskutierten Beispiel als drei Zweiwegeventile gezeigt und beschrieben
wurden, können im Zusammenhang mit einem breiteren Aspekt der
Vorrichtung gemäß der Erfindung eine kleinere Anzahl an
Ventilen umfassen, die geeignet sind, die verschiedene
Gasflüsse entlang der gewünschten Flußpfade zu führen.
Claims (8)
1. Druckwechsel-Adsorptionsverfahren unter Verwendung
einer ersten Adsorptionszone, die ein vorwiegend
Sauerstoff aus einem Sauerstoff, Stickstoff, Argon
und Feuchtigkeit sowie ähnliche Verunreinigungen
enthaltenden Gasstrom adsorbierendes Adsorptions
mittel ent
hält und einen Einlaß und einen Auslaß umfaßt, sowie
einer zweiten Adsorptionszone, die ein Stickstoff
aus einem Sauerstoff und Stickstoff enthaltenden
Gasstrom adsorbierendes Adsorptionsmittel enthält
und einen Einlaß und einen Auslaß umfaßt, wobei man
- insbesondere zyklisch -
- a) einen zumindest teilweise aus der Atmosphäre abgezogenen und Sauerstoff, Stickstoff, Argon und Feuchtigkeit sowie ähnliche Verunreinigungen enthaltenden Versorgungsgasstrom in die erste, ein Kohlenstoffsiebmaterial enthaltende Adsorptionszone durch deren Einlaß hindurch ein leitet, so daß Sauerstoff adsorbiert wird und ein - verglichen mit dem Versorgungsgasstrom - an Stickstoff und Argon reiches Gasgemisch den Aus laß der ersten Adsorptionszone verläßt,
- b) den Gasstrom durch die erste Adsorptionszone unterbricht,
- c) gasförmige Bestandteile in Form eines - vergli chen mit dem Versorgungsgasstrom - an Sauerstoff reichen und an Stickstoff sowie an Argon armen, insbesondere zunehmende Sauerstoffkonzentration aufweisenden Reinigungsgasstromes während der Dauer eines vorbestimmten Zeitintervalls aus der ersten Adsorptionszone ausbringt, wobei man den Reinigungsstrom während einer Endphase des vor bestimmten Zeitintervalls durch den Einlaß der ersten Adsorptionszone hindurch aus der ersten Adsorptionszone ausbringt und in die zweite Ad sorptionszone durch deren Einlaß hindurch ein leitet, so daß Stickstoff adsorbiert wird und ein - verglichen mit dem Reinigungsstrom - eine hohe Sauerstoff-Reinheit aufweisender Gasstrom den Auslaß der zweiten Adsorptionszone verläßt,
- d) den Reinigungsgasstrom zu dem Einlaß der zweiten Adsorptionszone unterbricht und
- e) gasförmige Bestandteile in Form eines Desorp tionsstromes aus der zweiten Adsorptionszone über deren Einlaß ausbringt und zu dem Einlaß der ersten Adsorptionszone leitet, so daß der Desorp tionsstrom einen Teil des der ersten Adsorptions zone zugeführten Versorgungsgasstromes bildet,
dadurch gekennzeichnet,
daß das in die erste Adsorptionszone eintretende
Gasgemisch vor Eintritt in das Kohlenstoffsiebmaterial
zuerst durch ein
Zeolithsiebmaterial, welches Feuchtigkeit und ähn
liche Verunreinigungen aus dem Versorgungsgasstrom
adsorbiert, hindurchströmt und daß man in Schritt c)
den Reinigungsgasstrom während der Dauer einer der
Endphase unmittelbar vorausgehenden Anfangsphase des
vorbestimmten Zeitintervalls durch den Einlaß der
ersten Adsorptionszone hindurch aus der ersten Ad
sorptionszone ausbringt und an die Atmosphäre ablei
tet, um in der ersten Adsorptionszone adsorbierte
Feuchtigkeit und ähnliche Verunreinigungen zu ent
fernen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man das den Auslaß der ersten Adsorptionszone
gemäß Schritt a) verlassende stickstoffreiche Gasge
misch als Produktgas sammelt.
3. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das den
Auslaß der zweiten Adsorptionszone gemäß Schritt c)
verlassende sauerstoffreiche Gas als Produktgas
sammelt.
4. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man zur För
derung des Gases in den Schritten a), c) und e) eine
gemeinsame Pumpe verwendet.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend
- - eine erste, einen Einlaß (44) und einen Auslaß (46) aufweisende Adsorptionszone (24), die ein Adsorptionsbett aufweist, welches eine Menge an Kohlenstoff-Siebmaterial (41) und - verglichen damit - eine kleinere Menge an Zeolith-Siebmate rial (43) enthält, das zwischen dem Einlaß (44) der ersten Adsorptionszone (24) und dem Kohlen stoff-Siebmaterial (41) angeordnet ist,
- - eine zweite, einen Einlaß (54) und einen Auslaß (56) aufweisende Adsorptionszone (28),
- - eine Pumpe (22) mit einem Einlaß (34) und einem Auslaß (36)
- - eine Fluidleitungsanordnung, bei der der Einlaß (34) der Pumpe (22) über eine erste Leitung (80) und über eine zweite Leitung (86) mit der Atmos phäre, über eine dritte Leitung (82) und über eine vierte Leitung (88) mit dem Einlaß (44) der ersten Adsorptionszone (24) sowie über eine fünfte Lei tung (84) und über eine sechste Leitung (90) mit dem Einlaß (54) der zweiten Adsorptionszone (28) verbunden ist,
- - eine erste steuerbare Ventileinrichtung (25), die mit der ersten Leitung (80), der dritten Leitung (82) und der fünften Leitung (84) in Verbindung steht und die ein in Reihe mit dem Einlaß (34) der Pumpe (22) geschaltetes, mit der ersten Leitung (80) in Verbindung stehendes Absperrventil (74) umfaßt,
- - eine zweite steuerbare Ventileinrichtung (26), die mit der zweiten Leitung (86), der vierten Leitung (88) und der sechsten Leitung (90) in Verbindung steht, und
- - eine Steuereinrichtung (32) zur Steuerung der ersten und zweiten Ventileinrichtung (25 bzw. 26).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die zweite Ad
sorptionszone (28) eine - verglichen mit der Menge
des Kohlenstoff-Siebmaterials der ersten Adsorp
tionszone - kleinere Menge an Zeolith-Siebmaterial
enthält.
7. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 5
und 6, umfassend ein mit dem Auslaß (46) der ersten
Adsorptionszone (24) verbundenes Absperrventil (50).
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