DE69901990T2

DE69901990T2 - Verfahren zur Reinigung eines Gasstromes der N2O als Verunreinigung enthält

Info

Publication number: DE69901990T2
Application number: DE69901990T
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Gabillard; Georges Kraus; Cyrille Millet; Serge Moreau
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 1998-10-20
Filing date: 1999-10-18
Publication date: 2003-03-13
Anticipated expiration: 2019-10-19
Also published as: EP0995477B1; US6273939B1; JP2000140550A; EP0995477A1; ATE219959T1; FR2784599A1; FR2784599B1; ES2179603T3; DE69901990D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung der in einem Gasstrom enthaltenen Verunreinigungen Distickstoffmonoxid (N&sub2;O) und gegebenenfalls Wasserdampf (H&sub2;O), Kohlenwasserstoffen (CnHm) und/oder Kohlendioxid (CO&sub2;) und insbesondere die Reinigung von Luft vor der Tief temperaturdestillation.
Vor der Verwendung in einem technischen Verfahren müssen bestimmte Gase von den darin enthaltenen Verunreinigungen befreit werden.
So muß Atmosphärenluft, die im allgemeinen ungefähr 250 ppm bis 500 ppm Kohlendioxid (CO&sub2;) und eine variable Menge an Wasserdampf und/oder Kohlenwasserstoffen, wie Ethylen, enthält, vor jeglichen Tief temperaturzerlegungsoperationen, insbesondere durch Tief temperaturdestillation, von ihren Verunreinigungen befreit werden.
Ohne eine derartige Vorbehandlung der Luft würden nämlich die darin anzutreffenden Verunreinigungen CO&sub2; und gegebenenfalls H&sub2;O und Kohlenwasserstoffe bei tiefer Temperatur fest werden und somit zur Verstopfung der Wärmetauscher und Destillationssäulen beitragen, was einerseits zu einer möglichen Schädigung der Gerätschaften und andererseits zu einer inkorrekten Zerlegung der verschiedenen Bestandteile der Luft, wie Stickstoff oder Sauerstoff, führen würde.
Darüber hinaus können sich die Kohlenwasserstoffe, die in der Atmosphärenluft vorliegen können, in dem flüssigen Sauerstoff in der Cold-Box ansammeln, wodurch womöglich die Anlage beschädigt wird.
Es ist nämlich bekannt, daß die in der Atmosphärenluft vorliegenden Verunreinigungen mit einem höheren Siedepunkt als Sauerstoff dazu neigen, sich in Tieftemperaturdestillatonssäulen im Flüssigkeitsbad im Sumpf anzusammeln.
Aus offensichtlichen Sicherheitsgründen möchte man die Kohlenwasserstoffkonzentration in dem flüssigen Sauerstoff so weit wie möglich verringern.
Daher sind Tieftemperaturdestillationsanlagen im allgemeinen mit einer Luftvorreinigungseinheit ausgestattet, die den größten Teil der in der Atmosphärenluft vorhandenen Verunreinigungen abfangen soll.
Hierzu sind bereits mehrere Techniken und Verfahren vorgeschlagen worden.
Bei einer ersten Technik zur Entfernung der in einem Gasstrom, wie Luft, enthaltenen Verunreinigungen CO&sub2; und H&sub2;O werden diese Verunreinigungen abgekühlt, d. h. bei tiefer Temperatur verfestigt oder kristallisiert. Diese Technik kommt jedoch nur wenig zur Anwendung, da sie in bezug auf Energie- und Gerätekosten sehr ungünstig ist.
Eine Alternative zu dieser Technik besteht in der Abtrennung des in dem zu behandelnden Gasstrom enthaltenen Kohlendioxids und gegebenenfalls Wasserdampfs durch Adsorption dieser Verunreinigungen an einem geeigneten Adsorptionsmittel, wie einem Zeolith oder einem aktivierten Aluminiumoxid.
Zeolithe und Aluminiumoxide gehören daher zu den bei adsorptiven Gasabtrennungsverfahren am häufigsten eingesetzten Adsorptionsmitteln.
So wird in der US-A-3,885,927 die Verwendung eines zu mindestens 90% mit Bariumkationen ausgetauschten Zeoliths X mit einer CO&sub2;-Adsorptionskapazität, die im Vergleich zu einem lediglich Natriumkationen enthaltenden Zeolith X um etwa 40% erhöht ist, beschrieben.
Darüber hinaus wird in der EP-A-284850 ein Verfahren zur Reinigung eines Gasstroms durch Adsorption an einem Zeolith vom Faujasit-Typ, der ein Si/Al-Verhältnis von 1 bis 2,5 aufweist und zu mindestens 90% mit zweiwertigen Kationen, wie Strontium- oder Bariumkationen, ausgetauscht ist, beschrieben.
Außerdem wird in der US-A-4,775,396 die bevorzugte Adsorption von in einem nicht sauren Gas, wie Stickstoff, Wasserstoff und Methan, enthaltenem Kohlendioxid durch ein Druckwechseladsorptionsverfahren (PSA-Verfahren) an einer Festbettadsorptionsschüttung mit einem zu mindestens 20% mit Kationen aus der Gruppe bestehend aus Zink, seltenen Erden und Ammonium und zu höchstens 80% mit Alkalimetall- oder Erdalkalimetallkationen ausgetauschten Zeolith vom Faujasit-Typ beschrieben.
In der FR-A-2335258 wird ein Verfahren zur Reinigung von Stickstoff, Wasserstoff, Argon und/oder Sauerstoff und die Verunreinigungen Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasser enthaltenden Gasgemischen durch Adsorption der Verunreinigungen an Zeolithen vom Typ A oder X bei einer Temperatur zwischen -40ºC und +4ºC beschrieben. In dieser Druckschrift werden Zeolithe vom Typ A, die zu 70 bis 82% mit Caiciumionen ausgetauscht sind und ein Si/Al-Verhältnis von höchstens 1 aufweisen, und ausgetauschte oder nicht ausgetauschte Zeolithe vom Typ X mit einem Si/Al-Verhältnis zwischen 1,15 und 1,5 beschrieben. Zeolithe X mit einem Si/Al-Verhältnis von weniger als 1,15 werden üblicherweise als Zeolithe LSX (Low Silica X) oder siliciumarme Zeolithe bezeichnet.
Ebenso wird in der EP-A-0718024 die Entfernung von in einem Gasstrom enthaltenem CO&sub2; durch Adsorption des CO&sub2; an einem Zeolith X mit einem Si/Al-Verhältnis von höchstens ungefähr 1,15 bei einer Temperatur zwischen ungefähr -50ºC und 800C beschrieben. In dieser Druckschrift werden außerdem die unter Verwendung von nicht ausgetauschten oder mit Lithium- und Caicium- oder Seitenerdmetallkationen ausgetauschten Zeolithen X oder LSX erhaltenen Ergebnisse beschrieben.
Außerdem wird in der SU-A-1357053 die Verwendung eines mit Bariumkationen ausgetauschten Zeolithen vom Mordenit-Typ zur Abtrennung von Distickstoffmonoxid beschrieben, wobei die Regeneration des Adsorptionsmittels bei über 180ºC erfolgt.
Darüber hinaus wird in der DD-A-6225345 empfohlen, die Atmosphäre zur Konservierung von Lebensmitteln mit einem Adsorptionsmittel zu reinigen, das aus einem Gemisch aus Aktivkohle und einem mit Caiciumkationen ausgetauschten Zeolith A besteht.
Die bestehenden Verfahren können jedoch nicht als vollkommen zufriedenstellend erachtet werden.
Mit bestimmten üblicherweise zur Abtrennung der in der Luft enthaltenen Verunreinigungen CO&sub2; und Wasserdampf verwendeten Adsorptionsmitteln, wie einem standardmäßigen Zeolith 13X, können nämlich bestimmte andere Verbindungen, wie Ethylen, Propan, Methan, Ethan und/oder Distickstoffmonoxid, die in der Luft vorliegen können, nur zum Teil oder sogar überhaupt nicht abgefangen werden.
Hierüber wird auch in Linde Reports on Science and Technology, 36/1983, Dr. J. Reyhing, "Removing hydrocarbons from the process of air Separation plants using molecular-sieve adsorbers", berichtet.
Ganz analog wird auch in MUST'96, Munich Meeting on Air Separation Technology, 10.-11. Oktober 1996, Dr. U. Wenning, "Nitrous oxide in air Separation plants", hervorgehoben, daß Zeolith vom Typ 5A zum Abfangen des in der Luft enthaltenen Distickstoffmonoxids (N&sub2;O) unwirksam ist.
Somit kann im Hinblick auf die Verunreinigungen Ethan, Propan, Distickstoffmonoxid und Ethylen, die in der Luft in verschiedenen Gehalten vorliegen können, ganz allgemein festgestellt werden, daß:
- es sich bei Ethylen um einen ungesättigten Kohlenwasserstoff handelt, der in flüssigem Sauerstoff in einer Höhe von 30.000 ppm löslich ist und dabei einen kleinen Gelöstes/Gas-Gleichgewichtskoeffizienten aufweist. Sein Schmelzpunkt liegt bei -169ºC, wohingegen die Temperatur von flüssigem Sauerstoff bei 1,2·10&sup5; Pa bei -181ºC liegt. Daher wird das Ethylen ohne Vorbehandlung der Luft oder bei unzureichender Vorbehandlung möglicherweise nicht vollständig abgefangen und findet sich dann möglicherweise in der Tief temperaturanlage in fester Form wieder;
- Ethan und Propan bei der Temperatur von flüssigem Sauerstoff bei 1,2·10&sup5; Pa möglicherweise in flüssiger Form anzutreffen sind; und
- Distickstoffmonoxid (N&sub2;O) wiederum ein anderes Problem für Tieftemperaturluftzerlegungsanlagen stellt. Diese Verbindung ist nämlich in der Atmosphäre überall in einer Höhe von 0,3 ppm und mit einem jährlichen Anstieg des Gehalts von etwa 0,3% anzutreffen. Im Unterschied zu den oben aufgeführten Kohlenwasserstoffen ist Distickstoffmonoxid in flüssigem Sauerstoff inert und stellt als solches kein Risiko dar. Es kann jedoch trotzdem praktisch permanent in die Destillationssäulen von Tieftemperaturzerlegungseinheiten gelangen und dann, wie im Fall von Kohlendioxid, in den Austauschern und den Destillationssäulen feste Ablagerungen bilden. Es ist daher wünschenswert, derartige Ablagerungen, die zur Verschlechterung der Leistungsfähigkeit der Geräte führen können, zu vermeiden.
Derzeit gibt es kein wirklich effektives Verfahren zur Abtrennung von in einem Gasstrom, insbesondere in Luft, enthaltenen Distickstoffmonoxid-Verunreinigungen (N&sub2;O- Verunreinigungen), das für den Einsatz in technischem Maßstab geeignet ist.
Wenngleich in der EP-A-862938 die Verwendung eines nicht ausgetauschten zeolithischen Adsorptionsmittels, insbesondere vom Typ 13X, zur Abtrennung von Verunreinigungen vom NOx-Typ, insbesondere N&sub2;O, empfohlen wird, hat es sich nämlich herausgestellt, daß Zeolith 13X insbesondere zum Abfangen von N&sub2;O unwirksam ist, wie die im Zuge eigener Arbeiten angestellten und nachfolgend dargelegten Vergleichsversuche belegen.
Ferner wird bei einer anderen Technik eine Spülung oder eine Kaltadsorption dieser Verunreinigungen vorgenommen, damit die Sättigungskonzentration dieser Verunreinigungen in der Tief temperaturzerlegungseinheit nicht erreicht wird.
Diese letztere Technik ist jedoch in bezug auf die Kosten, insbesondere die Energiekosten, sehr ungünstig und kann daher nicht als vollkommen zufriedenstellend erachtet werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, durch Lösung des Problems der Abtrennung insbesondere von Distickstoffmonoxid-Verunreinigungen (N&sub2;O-Verunreinigungen) und gegebenenfalls Ethylen oder anderen Kohlenwasserstoffen, die in einem Gasstrom, insbesondere in einem einer nachfolgenden Zerlegung durch Tief temperaturdestillation zu unterwerfenden Luftstrom, vorliegen können, die Zuverlässigkeit von technischen Anlagen und die bestehenden Reinigungsverfahren zu verbessern.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Abtrennung von mindestens dem in einem Gasstrom enthaltenem Distickstoffmonoxid (N&sub2;O), bei dem man zumindest das Distickstoffmonoxid an mindestens einem Adsorptionsmittel, das mindestens einen Faujasit- Zeolith enthält, welcher ein Si/Al-Verhältnis von ungefähr 1 bis 1,50 aufweist und weniger als 25% K&spplus;- Kationen, zwischen 50 und 99% Ca²&spplus;-Kationen und mindestens 1% Na&spplus;-Kationen enthält, adsorbiert.
Gegebenenfalls kann das erfindungsgemäße Verfahren eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:
- das mindestens eine Adsorptionsmittel enthält mindestens einen Zeolith vom Typ X oder LSX mit einem Si/Al-Verhältnis von ungefähr 1 bis 1,25, vorzugsweise mindestens einen Zeolith LSX mit einem Si/Al-Verhältnis von etwa 1.
- das mindestens eine Adsorptionsmittel enthält ein Gemisch aus mindestens einem Zeolith A und mindestens einem Zeolith vom Typ X oder LSX.
- der Zeolith X oder LSX enthält weniger als 12% K&spplus;- Kationen.
- der Zeolith X oder LSX enthält 60 bis 95% Ca²&spplus;- Kationen.
- man führt außerdem mindestens einen Schritt der Entfernung mindestens einer Verunreinigung aus der Gruppe bestehend aus Wasserdampf, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen, insbesondere Ethylen, Propan und/oder Methan, durch.
- man führt die Entfernung zumindest eines Teils der Verunreinigungen Wasserdampf und Kohlendioxid an mindestens einer Schüttung von Teilchen aus aktiviertem Aluminiumoxid durch.
- es wird aus der Gruppe bestehend aus TSA-Verfahren, vorzugsweise einem TSA-Verfahren, bei dem man bei einer Temperatur von ungefähr -40ºC bis +80ºC arbeitet, ausgewählt.
- man arbeitet bei einem Desorptionsdruck von 5·10&sup5; bis 104 Pa, vorzugsweise 1,4·10&sup5; und 0,9·10&sup5;, bevorzugt bei einem ungefähr dem Normaldruck entsprechenden Desorptionsdruck.
- man arbeitet bei einem Adsorptionsdruck von 10&sup5; bis 10&sup7; Pa, vorzugsweise 3·10&sup5; und 6·10&sup6; Pa.
- es weist mindestens einen Schritt der Regeneration mindestens eines Adsorptionsmittels, vorzugsweise bei einer Regenerationstemperatur von 50 bis 250ºC, auf.
- bei dem zu reinigenden Gasstrom handelt es sich um Luft, vorzugsweise um Luft, die anschließend einer Zerlegung durch Tief temperaturdestillation unterworfen wird.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung versteht man unter "Luft" externe atmosphärische oder im Inneren eines Gebäudes oder einer gegebenenfalls erhitzten Kammer aufgenommene Umgebungsluft, die gegebenenfalls einer Vorbehandlung unterworfen werden kann, wie einer oxidativen Katalyse, einer zumindest teilweisen Vortrockung oder einer Änderung ihres Gehalts an einem oder mehreren ihrer Bestandteile, wie beispielsweise insbesondere eine Erhöhung oder Verminderung des Sauerstoff- oder Stickstoffgehalts.
- der Zeolith X oder LSX enthält außerdem auch noch Kationen, die unter Erdalkalimetallkationen, vorzugsweise Magnesium-, Strontium- und/oder Bariumkationen, ausgewählt sind.
- die Adsorption wird in mindestens einem Adsorber und vorzugsweise in mindestens zwei Adsorbern durchgeführt, die parallel arbeiten, d. h. der eine befindet sich in der Produktionsphase, während der andere sich in der Regenerationsphase befindet.
- es weist mindestens einen Schritt der Regeneration des Adsorptionsmittels durch Spülen mit Reststickstoff oder einem anderen Regenerationsgas bei einer Temperatur zwischen 0ºC und 300ºC, vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 50ºC und 250ºC, auf.
Die Erfindung wird nun mit Hilfe von Beispielen, die lediglich zur Erläuterung dienen und die Erfindung nicht einschränken sollen, näher beschrieben.

Beispiel 1

Synthese eines Zeoliths LSX (Si/Al = 1)

Die Synthese eines Zeoliths X mit Faujasit-Struktur und einem Si/Al-Verhältnis kleiner gleich 1,15, der auch als Zeolith LSX bezeichnet wird, erfolgt auf herkömmliche Weise, wie insbesondere in der GB-A-1580928 beschrieben.
Der erhaltene Zeolith LSX enthält 10 bis 40%, im allgemeinen 20 bis 30%, Kaliumkationen und 60 bis 90% Natriumkationen; die eventuelle Gegenwart anderer Kationen ist jedoch nicht ausgeschlossen.
Ein Zeolith LSX, der sowohl Natrium- als auch Kaliumionen enthält, wird gewöhnlich als NaKLSX bezeichnet.
Zur Einführung von Kationen eines oder mehrerer anderer Metalle, insbesondere von Calciumkationen, in einen so synthetisierten Zeolith NaKSLX wird ein Ionenaustausch durchgeführt, bei dem zumindest ein Teil der in dem NaKLSX-Edukt enthaltenen Kalium- und/oder Natriumkationen gegen Caiciumionen ausgetauscht wird, bis der gewünschte Austauschgrad erreicht ist.
Mit anderen Worten erhält man aus einem Zeolith NaKLSX einen Zeolith CaNaKLSX, der auch als Zeolith CaLSX bezeichnet wird, d. h. einen Zeolith NaKLSX, der außerdem Caiciumionen enthält, welche durch vollständigen oder teilweisen Ersatz der K+- und/oder Na&spplus;-Kationen eingeführt werden.
Wie weiter unten ersichtlich wird, haben die in einem Zeolith LSX enthaltenen Caiciumkationen nämlich einen beträchtlichen Einfluß, auf insbesondere die N&sub2;O- Adsorptionskapazität des Zeoliths, wenn dieser in einem PSA- oder vorzugsweise TSA-Verfahren zur Abtrennung von insbesondere dem in einem Gasstrom, insbesondere Luft, enthaltenen N&sub2;O eingesetzt wird.

Beispiel 2

Adsorption von C&sub2;H&sub4; oder CO&sub2; an Zeolith CaX

Mit 400 ppm CO&sub2; (Kurve C10) bzw. 15 ppm Ethylen (C&sub2;H&sub4;) künstlich verunreinigter Stickstoff wird mit Teilchen von Zeolith 10X, der zu ungefähr 96% mit Caiciumkationen ausgetauscht ist und im folgenden als Zeolith CaX bezeichnet wird, wobei die 4% Restkationen im wesentlichen K&spplus;- und Na&spplus;-Kationen sind, in Berührung gebracht.
Die Adsorption des CO&sub2; bzw. Ethylens an dem Zeolith CaX wird bei einem Druck von 6·10&sup5; Pa, einer Temperatur von 20ºC und einem Durchsatz von 8,8 Nm³/h, wobei der Zeolith CaX in einen Laboradsorber mit einem Durchmesser von 60 mm eingefüllt wird, durchgeführt.
Die Teilchen aus Zeolith CaX haben eine mittlere Teilchengröße von ungefähr 2 mm, und die Zeolitschüttung ist ungefähr 25 cm dick.
Die für CO&sub2; und Ethylen erhaltenen Durchbruchskurven (Durchbruchszeiten) sind in Fig. 1 wiedergegeben, aus der ersichtlich ist, daß der erfindungsgemäße Zeolith CaX eine wirksame Abtrennung von Kohlendioxid über einen Zeitraum von ungefähr 70 Minuten (Kurve C11) und von Ethylen über einen Zeitraum von ungefähr 300 Minuten (Kurve C12) erlaubt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter Durchbruchszeit die Zeit vom Beginn des Adsorptionsvorgangs bis zum Erscheinen von CO&sub2; hinter der Adsorptionsschüttung in einer Höhe von 1 ppm zu verstehen.

Beispiel 3

Vergleichsversuch zur Adsorption von C&sub2;H&sub4; und CO&sub2; an nicht ausgetauschtem Zeolith 13X

Beispiel 3 ist analog Beispiel 2, dient jedoch zur Beurteilung der Adsorptionsleistung von Teilchen aus nicht ausgetauschten Zeolithen 13X gemäß dem Stand der Technik bezüglich CO&sub2; bzw. Ethylen (C&sub2;H&sub4;).
Die Versuche an Zeolith 13X werden unter den gleichen Bedingungen wie für Zeolith CaX (Beispiel 2) durchgeführt; in diesem Fall wird der Stickstoff vor dem Inberührungbringen mit dem Zeolith 13X künstlich mit 450 ppm CO&sub2; (Kurve C20) bzw. 14 ppm C&sub2;H&sub4; (Kurve C22) verunreinigt.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in Fig. 2 wiedergegeben, aus der ersichtlich ist, daß der CO&sub2;- Durchbruch an nicht ausgetauschtem Zeolith 13X nach ungefähr 90 Minuten stattfindet (Kurve C21), d. h. etwas später als bei CaX.
Zur Information sind auch die Kurven C20 und C22 eingezeichnet, die die jeweiligen Gehalte der Verunreinigungen CO&sub2; und C&sub2;H&sub4; am Eingang, d. h. des Gasstroms vor der Reinigung, wiedergeben.
Dagegen scheint der Ethylen-Durchbruch an nicht ausgetauschtem Zeolith 13X bei 30 Minuten zu liegen (Kurve C23), wohingegen der Durchbruch bei dem erfindungsgemäßen Zeolith CaX erst nach 300 Minuten auftrat.
Diese Ergebnisse zeigen klar, daß ein erfindungsgemäßer Zeolith CaX eine Ethylen-Adsorptionsleistung aufweist, die im Vergleich zu einem nicht ausgetauschten Zeolith 13X gemäß dem Stand der Technik stark verbessert ist.

Beispiel 4

Adsorption von N&sub2;O und CO&sub2; an Zeolith CaX (mit 60% Ca)

Dieses Beispiel 4 ist analog Beispiel 2 und dient zur Bestimmung der Durchbruchszeit von Distickstoffmonoxid (N&sub2;O) an einem erfindungsgemäßen CaX-Adsorptionsmittel.
Hierzu wird der Stickstoff wie in Beispiel 2 künstlich mit 0,9 ppm Distickstoffmonoxid (N&sub2;O) verunreinigt und dann mit einer Schüttung von Teilchen aus Zeolith CaX, der zu 60% mit Caiciumkationen ausgetauscht ist (im folgenden Zeolith CaX), in Berührung gebracht.
Bei den Teilchen aus Zeolith CaX handelt es sich um Kügelchen mit einer Größe von ungefähr 2 mm.
Die anderen Versuchsbedingungen sind mit denen von Beispiel 2 identisch.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in Fig. 3 wiedergegeben, aus der ersichtlich ist, daß der N&sub2;O- Durchbruch erst nach ungefähr 60 Minuten auftrat (Kurve C31), was die Fähigkeit des erfindungsgemäßen Zeolithen zur wirksamen Adsorption von N&sub2;O bestätigt.
Zur Information ist in Fig. 3 auch der Anfang der CO&sub2;- Durchbruchskurve (Kurve C32) an CaX für 400 ppm CO&sub2; im Eingangsgasstrom (Kurve C30) wiedergegeben.
Daraus geht hervor, daß der CO&sub2;-Durchbruch an CaX fast gleichzeitig mit dem N&sub2;O-Durchbruch auftritt.

Beispiel 5

Regeneration eines N&sub2;O-gesättigten Zeoliths CaX.

Ein zu 60% mit Caiciumkationen ausgetauschter Zeolith X wird bei einem Druck von 6·10&sup5; Pa mit 0,5 ppm Distickstoffmonoxid (N&sub2;O) gesättigt.
Dann wird der Zeolith durch Inberührungbringen mit einem Strom eines Regenerationsgases, beispielsweise Stickstoff, bei einer Temperatur von bis zu 260ºC regeneriert (Kurve C40).
Der Regenerationsgasstrom wird am Ausgang des Adsorbers zurückgewonnen und zur Bestimmung der Variation der Menge an desorbiertem N&sub2;O (Kurve C41) in Abhängigkeit von der verstrichenen Zeit und der Regenerationsgastemperatur analysiert.
Die Ergebnisse sind in Fig. 4 wiedergegeben, aus der ersichtlich ist, daß alle an dem Zeolith CaX adsorbierten N&sub2;O-Verunreinigungen bei Regenerationstemperaturen unter 100ºC desorbiert werden.
Somit scheint bei der Regeneration des Zeoliths die Desorption des an den Teilchen aus Zeolith CaX adsorbierten N&sub2;O unter analogen Bedingungen vorgenommen werden zu können, wie sie für die Regeneration von Teilchen aus Zeolith 13X üblich sind, normalerweise durch Spülen der Teilchen mit einem heißen Gas, d. h. bei einer Temperatur von etwa 100ºC, obwohl der Zeolith CaX eine größere Affinität für N&sub2;O als der Zeolith 13X hat.
Mit anderen Worten kann die Regeneration von zur Adsorption von in einem Gasstrom enthaltenen N&sub2;O- Verunreinigungen verwendeten Teilchen aus Zeolith CaX erfindungsgemäß ohne Energiemehrkosten im Vergleich zu einem herkömmlichen Verfahren mit Zeolith 13X, insbesondere einem TSA-Adsorptionsverfahren, durch geführt werden.

Beispiel 6

Adsorption von N&sub2;O und CO&sub2; an Zeolith CaX (mit 86% Ca.}

Dieses Beispiel 6 ist analog Beispiel 4 und dient zur Bestimmung der Durchbruchszeit von Distickstoffmonoxid (N&sub2;O) an einem erfindungsgemäßen Zeolith CaX, der zu 86% mit Caiciumkationen ausgetauscht ist (in Beispiel 4 beträgt der Austauschgrad nur 60%).
Stickstoff wird mit ungefähr 0,9 ppm Distickstoffmonoxid bzw. ungefähr 425 ppm CO&sub2; (Kurve C50) künstlich verunreinigt und mit Teilchen aus Zeolith CaX, der zu 86% mit Caiciumkationen ausgetauscht ist, in Berührung gebracht.
Die anderen Versuchsbedingungen sind mit denen von Beispiel 4 identisch.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in Fig. 5 wiedergegeben, aus der ersichtlich ist, daß der N&sub2;O- Durchbruch (Kurve C52) und auch der COs-Durchbruch (Kurve C51) erst nach ungefähr 60 Minuten auftraten, was die Ergebnisse von Beispiel 4, d. h. die Fähigkeit des erfindungsgemäßen Zeolithen CaX zur wirksamen Adsorption von N&sub2;O und CO&sub2;, bestätigt.

Beispiel 7

Adsorption von N&sub2;O und CO&sub2; an herkömmlichem Zeolith 13X.
In Analogie zu den Beispielen 4 und 6 wurden Versuche mit einem herkömmlichen nicht ausgetauschten Zeolith 13X als Adsorptionsmittel durchgeführt.
In diesem Fall wird der zu reinigende Stickstoffstrom mit ungefähr 5,5 ppm N&sub2;O und ungefähr 374 ppm CO&sub2; künstlich verunreinigt und dann unter einem Druck von 6·10&sup5; Pa und bei einer Reinigungstemperatur von etwa 20,5ºC mit Teilchen aus Zeolithen 13X in Berührung gebracht.
Die erhaltenen Ergebnisse (Fig. 6) zeigen, daß mit dem nicht ausgetauschten Zeolith 13X gemäß dem Stand der Technik kein so wirkungsvolles Abfangen der N&sub2;O- Verunreinigungen wie mit einem erfindungsgemäßen Zeolith CaX möglich ist.
Wie nämlich aus Fig. 6 ersichtlich ist, tritt ein Durchbruch der NzO-Verunreinigungen nach nur 15 bis 20 Minuten (Kurve C60) und ein Durchbruch der CO&sub2;- Verunreinigungen nach ungefähr 60 Minuten (Kurve C61) auf, wenn man einen herkömmlichen Zeolith vom Typ 13X als Adsorptionsmittel in einem TSA-Verfahren einsetzt.

Beispiel 8

Reinigung von Luft an Zeolith CaX (Si/Al = 1,25).

Atmosphärenluft mit 0,4 ppm N&sub2;O, 1 ppm C&sub2;H&sub4; und 400 ppm CO&sub2; wird mit Teilchen aus Zeolith X (Si/Al = 1,25), der zu 60% mit Ca²&spplus;-Ionen ausgetauscht ist und außerdem ungefähr 27% Na&spplus; und ungefähr 13% K&spplus; enthält, in Berührung gebracht.
Die Adsorptionstemperatur beträgt ungefähr 20ºC und der Adsorptionsdruck ungefähr 6·10&sup5; Pa.
Nach der Reinigung wird die zurückgewonnene Luft analysiert.
Man stellt fest, daß die gereinigte Luft weitgehend frei von N&sub2;O-, C&sub2;H&sub4;- und CO&sub2;-Verunreinigungen ist.
Mit einem zu 60% mit Ca²&spplus;-Kationen ausgetauschten Zeolith 13X kann man mit einem viel kleineren Adsorptionsmittelvolumen als bei Verwendung von Zeolith 13X CO&sub2;, N&sub2;O und Ethylen in Luft gleichzeitig abfangen.

Beispiel 9

Reinigung von Luft an Zeolith CaLSX (Si/Al = 1).

Dieses Beispiel 9 ist analog Beispiel 8, d. h. Atmosphärenluft mit 0,4 ppm N&sub2;O, 1 ppm C&sub2;H&sub4; und 400 ppm CO&sub2; wird mit Teilchen aus Zeolith LSX (Si/Al ungefähr gleich 1), d. h. einem siliciumarmen Zeolith, der zu ungefähr 85% mit Ca²&spplus;-Ionen ausgetauscht ist und außerdem Na&spplus;- und K&spplus;-Kationen (Na + K ≤15%) enthält, in Berührung gebracht.
Die Adsorptionstemperatur beträgt ungefähr 20ºC und der Adsorptionsdruck ungefähr 6·10&sup5; Pa, und die Luft wird nach der Reinigung zurückgewonnen und analysiert.
Man stellt fest, daß die gereinigte Luft weitgehend frei von N&sub2;O-, C&sub2;H&sub4;- und CO&sub2;-Verunreinigungen ist, was bestätigt, daß man mit einem zu 85% mit Ca²&spplus;-Kationen ausgetauschten Zeolith LSX CO&sub2;, N&sub2;O und C&sub2;H&sub4; in Luft wirksam und gleichzeitig abfangen kann.

Claims

1. Verfahren zur Abtrennung von mindestens dem in einem Gasstrom enthaltenem Distickstoffmonoxid (N&sub2;O), bei dem man zumindest einen Teil des Distickstoffmonoxids an mindestens einem Adsorptionsmittel, das mindestens einen Faujasit- Zeolith enthält, welcher ein Si/Al-Verhältnis von ungefähr 1 bis 1, 50 aufweist und weniger als 25% K&spplus;-Kationen, zwischen 50 und 99% Ca²&spplus;-Kationen und mindestens 1% Na&spplus;-Kationen enthält, adsorbiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Adsorptionsmittel mindestens einen Zeolith vom Typ X oder LSX mit einem Si/Al-Verhältnis von ungefähr 1 bis 1,25, vorzugsweise mindestens einen Zeolith LSX mit einem Si/Al-Verhältnis von etwa 1, enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Adsorptionsmittel ein Gemisch aus mindestens einem Zeolith A und mindestens einem Zeolith vom Typ X oder LSX enthält.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeolith X oder LSX weniger als 12% K&spplus;-Kationen und/oder 60 bis 95% Ca²&spplus;-Kationen enthält.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man außerdem mindestens einen Schritt der Entfernung mindestens einer Verunreinigung aus der Gruppe bestehend aus Wasserdampf, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen, insbesondere Ethylen, Propan und/oder Methan, durchführt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Entfernung zumindest eines Teils der Verunreinigungen Wasserdampf und Kohlendioxid an mindestens einer Schütfcung von Teilchen aus aktiviertem Aluminiumoxid durchführt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es aus der Gruppe bestehend aus TSA-Verfahren, vorzugsweise einem TSA-Verfahren, bei dem man bei einer Temperatur von -40ºC bis +80ºC arbeitet, ausgewählt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man bei einem Adsorptionsdruck von 10&sup5; bis 10&sup7; Pa und/oder einem Desorptionsdruck von 5·10&sup5; bis 10&sup4; Pa, vorzugsweise bei einem ungefähr dem Normaldruck entsprechenden Desorptionsdruck, arbeitet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens einen Schritt der Regeneration mindestens eines Adsorptionsmittels, vorzugsweise bei einer Regenerationstemperatur von 50 bis 250ºC, aufweist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem zu reinigenden Gasstrom um Luft, vorzugsweise um Luft, die anschließend einer Zerlegung durch Tieftemperaturdestillation unterworfen wird, handelt.