DE1265144B - Verfahren zur Erhoehung der Sauerstoffkonzentration eines Luftstroms - Google Patents

Verfahren zur Erhoehung der Sauerstoffkonzentration eines Luftstroms

Info

Publication number
DE1265144B
DE1265144B DEE24634A DEE0024634A DE1265144B DE 1265144 B DE1265144 B DE 1265144B DE E24634 A DEE24634 A DE E24634A DE E0024634 A DEE0024634 A DE E0024634A DE 1265144 B DE1265144 B DE 1265144B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pressure
adsorption
air
desorption
adsorption zone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEE24634A
Other languages
English (en)
Inventor
Charles W Skarstrom
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ExxonMobil Technology and Engineering Co
Original Assignee
Exxon Research and Engineering Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Exxon Research and Engineering Co filed Critical Exxon Research and Engineering Co
Publication of DE1265144B publication Critical patent/DE1265144B/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/047—Pressure swing adsorption
    • B01D53/0473—Rapid pressure swing adsorption
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/02—Preparation of oxygen
    • C01B13/0229—Purification or separation processes
    • C01B13/0248—Physical processing only
    • C01B13/0259—Physical processing only by adsorption on solids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/106—Silica or silicates
    • B01D2253/108—Zeolites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/30—Physical properties of adsorbents
    • B01D2253/302—Dimensions
    • B01D2253/308—Pore size
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/12—Oxygen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/10—Single element gases other than halogens
    • B01D2257/102—Nitrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/80—Water
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40035—Equalization
    • B01D2259/40037—Equalization with two sub-steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40043—Purging
    • B01D2259/4005—Nature of purge gas
    • B01D2259/40056—Gases other than recycled product or process gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40058—Number of sequence steps, including sub-steps, per cycle
    • B01D2259/40067—Seven
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40077—Direction of flow
    • B01D2259/40081—Counter-current
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/402—Further details for adsorption processes and devices using two beds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/26—Drying gases or vapours
    • B01D53/261—Drying gases or vapours by adsorption
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00—Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0043—Impurity removed
    • C01B2210/0046—Nitrogen
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
    • Y02P10/122—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions by capturing or storing CO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/151—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
COIb
Deutsche Kl.: 12 i-13/02
Nummer: 1265144
Aktenzeichen: E 24634IV a/12 i
Anmeldetag: 6. April 1963
Auslegetag: 4. April 1968
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anreicherung des Sauerstoffgehaltes von Luft durch wärmelose Fraktionierung mit Hilfe von synthetischen Zeolithen, bei welchem die Adsorptionszone am Ende der Adsorptionsphase mit trockener Luft gespült wird.
Es wurde bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anreichern des Sauerstoffgehaltes· von Luft durch wärmelose Fraktionierung mit Hilfe von synthetischen Zeolithen vorgeschlagen, wonach man bei einem höheren Druck adsorbiert und bei einem niedrigeren Druck desorbiert, die Adsorptionsphase vor der Sättigung des Bettes mit der adsorbierten Verbindung (Stickstoff) beendet, das Bett nicht bis zur vollständigen Entfernung der adsorbierten Verbindung desorbiert und eine relativ kurze Phasendauer von beispielsweise unter 30, vorzugsweise unter 10 und insbesondere 0,1 bis 4 Minuten anwendet. Unter diesen Bedingungen wird ohne Wärmezufuhr von außen eine sehr wirksame Fraktionierung erzielt. Bei diesem Verfahren wird die Adsorptionszone am Ende der Adsorptionsphase mit einem Teil des Produktgases gespült. Dies führt zu einer erheblich verringerten Gesamtausbeute an Produktgas (bei welchem es sich in der vorliegenden Erfindung um einen mit Sauerstoff angereicherten Luftstrom handelt).
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Stauerstoffgewinnung aus dem Einsatzluftstrom zu erhöhen und damit eine erhebliche wirtschaftliche Ersparnis zu erreichen. Die Anwendungsmöglichkeiten für die erfindungsgemäß mit Sauerstoff angereicherte Luft mit einem Sauerstoffgehalt von 22 bis 60, vorzugsweise 25 bis 35 und insbesondere etwa 30 Volumprozent sind allgemein bekannt. So wird z. B. ein Luftstrom mit einem Sauerstoffgehalt von etwa 30% in Hochöfen verwendet.
Es wurde nun gefunden, daß bei der Erhöhung des Sauerstoffgehaltes von Luft durch wärmelose Fraktionierung das Adsorbens in der Adsorptionszone am Ende der Adsorptionsphase ohne Beeinträchtigung der Wirksamkeit der Fraktionierung mit trockener Luft mit einem Taupunkt unter dem der atmosphärischen Luft gespült werden kann und dies zu einer Steigerung der Sauerstoffausbeute, bezogen auf den Sauerstoffgehalt des Einsatzproduktes, von etwa 50 auf etwa 80% führt, da für die Desorption kein angereichertes Produkt mehr benötigt wird. Die Temperatur der trockenen Spülluft liegt normalerweise im wesentlichen bei Raumtemperatur, d. h. — 18 bis +65° C, vorzugsweise 0 bis +40° C.
Es wird daher erfindungsgemäß ein Verfahren zur Verfahren zur Erhöhung der
Sauerstoffkonzentration eines Luftstroms
Anmelder:
Esso Research and Engineering Company,
Elizabeth, N. J. (V. St. A.)
Vertreter:
Dr. rer. nat. J.-D. Frhr. v. Uexküll, Patentanwalt, 2000 Hamburg 52, Königgrätzstr. 8
Als Erfinder benannt:
Charles W. Skarstrom,
Montvale, N. J. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 12. April 1962 (186 966)
Erhöhung der Sauerstoffkonzentration eines Luftstromes durch wärmelose Fraktionierung vorgeschlagen, bei welchem man einen Luftstrom bei relativ hohem Druck in eine Adsorptionszone einleitet und einen Luftstrom mit wesentlich höherem Sauerstoffgehalt abzieht und welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Adsorptionszone zur Desorption der adsorbierten Komponenten auf einen niedrigeren Desorptionsdruck entspannt und entgegen der Strömungsrichtung des Einsatzluftstromes mit einem Spülluftstrom mit gegenüber der Außenluft niedrigerem Taupunkt spült.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird jeweils zwischen der Adsorptions- und der Desorptionsphase eine Druckausgleichsstufe eingeschaltet. An Stelle einer unmittelbaren Entspannung vom Adsorptionsdruck auf den Desorptionsdruck wird das unter dem Adsorptionsdruck stehende beladene Bett mit einem unter dem Desorptionsdruck stehenden desorbierten Bett verbunden und erst nach Druckausgleich das beladene Bett weiter auf den Desorptionsdruck entspannt und das desorbierte Bett vorzugsweise durch Einleiten von Einsatzprodukt auf den Adsorptionsdruck gebracht. Das während des Druckausgleiches aus dem beladenen Bett in das desorbierte Bett strömende Gas ist gegenüber der Einsatzmischung mit Sauerstoff angereichert, so daß gegenüber einer anschließenden, mit Einsatzgas durch-
809 537/543
geführten Druckerhöhung des desorbierten Bettes ein Teil der angereicherten Luft in der Adsorptionsfront eingespart und eine erhöhte Sauerstoffausbeute erzielt wird.
Die Zeichnung stellt ein schematisches Fließbild des erfindungsgemäßen Sauerstoffanreicherungsverfahrens dar, bei welchem zur Spülung des Adsorbens trockene Luft verwendet wird.
In der Figur wird der Einsatzluftstrom durch eine Leitung 1, eine Sammelleitung 2, ein Ventil 3 und eine Leitung 5 in eine mit einem für Stickstoff selektiven Adsorbens beschickte, in der Adsorptionsphase befindliche Adsorptionszone 9 geleitet. Die Adsorptionszone 10 befindet sich gleichzeitig in der Desorptionsphase. Im allgemeinen werden für Stickstoff selektive Adsorbentien bevorzugt, welche Stickstoff leicht adsorbieren und desorbieren.
Zu den für Stickstoff selektiven und zur Anreicherung des Sauerstoffgehaltes von Luft geeigneten Stoffen gehören die als Molekularsiebe bezeichneten synthetischen Aluminiumsilikat-Zeolithe, welche eine Adsorptionsaffinität für Stickstoff besitzen und insbesondere deren Natrium- oder Calciumform mit einer Porengröße von 10 bis 13 Ä. Andere geeignete Adsorbentien, insbesondere für das Arbeiten bei Raumtemperatur, sind synthetische Calcium-Aluminiumsilikat-Zeolithe mit einem mittleren Porendurchmesser von 5 A. Der Produktgasstrom mit einem Sauerstoffgehalt von etwa 30 Volumprozent strömt durch eine Leitung 11, ein Ventil 15, eine Sammelleitung 19 und eine Leitung 17 ab und kann gelagert oder unmittelbar verwendet werden.
Die Temperatur der Adsorptionszone 9 kann der des umgebenden Luftstromes entsprechen und beträgt bei normaler Arbeitsweise etwa —18 bis +650C und vorzugsweise 0 bis +40° C.
Der Druck in der Adsorptionszone 9 beträgt während der Adsorptionsphase normalerweise etwa
0 bis 14 atü und vorzugsweise etwa 2 atü. In besonderen Fällen, beispielsweise zur Herstellung von Einsatzprodukt für Umsetzungen bei hohem oder niedrigem Druck, können auch andere Drücke angewendet werden. Da für viele Verwendungszwecke der mit Sauerstoff angereicherten Luft, beispielsweise in Hochöfen, ein Druck von etwa 2 atü erforderlich ist, wird auch ein Adsorptionsdruck von etwa 2 atü bevorzugt. Dabei wird eine weitere Verdichtung unnötig, da das Primärabstromprodukt bereits den gewünschten Druck aufweist.
Wenn die Adsorptionszone 10 in die Desorptionsphase des Kreislaufes eintritt, wird zunächst durch Öffnen der Ventile 13 und 14 ein Druckausgleich mit der die Desorptionsphase verlassenden Adsorptionszone 9 hergestellt, um den Verlust an mit Sauerstoff angereicherter Luft zu verringern. Wenn die AdsorptionszonelO am Ende der Adsorptionsphase einen Druck von etwa 2 atü aufweist und die Adsorptionszone 9 bei etwa 0 atü desorbiert worden ist, beträgt der Gleichgewichtsdruck zwischen beiden Zonen etwa
1 atü. Es ist darauf hinzuweisen, daß der Sauerstoffgehalt
in dem aus der Adsorptionszone 10 in die Adsorptionszone 9 fließenden Gastroms mit dem Abfallen des Druckes in der Zone 10 bis zum Gleichgewichtsdruck abzieht und bei einem Gleichgewichtsdruck von etwa 1 atü etwa 21 Volumprozent beträgt. Bei Drücken unter etwa 1 atü fällt der Sauerstoffgehalt im Abzugsprodukt aus Zone 10 unter die Sauerstoffkonzentration der Luft, so daß bei Herstellung eines 30fl/o Sauerstoff enthaltenden Produktes bei 2 atü durch Verwendung eines Gleichgewichtsdruckes unter 1 atü kein weiterer Vorteil erzielt wird.
Bei anderen Kombinationen der Sauerstoffanreicherung und anderen Arbeitsdrücken ist es wünschenswert, einen höheren oder niedrigeren Gleichgewichtsdruck zu verwenden. Dies wird durch die Zusammensetzung des Primärabzugstromes, während des Druckausgleichschrittes bestimmt. Sobald dessen Sauerstoffgehalt unter den der Luft fällt, wird kein weiterer Vorteil mehr erzielt.
Nach dem Druckausgleich kann die Adsorptionszone 10 in die Desorptionsphase des Kreislaufs eintreten. Die Desorption der Adsorptionszone 10 wird durch Öffnen des Ventils 8 und Entfernen der desorbierten Stoffe durch Anlegen eines Vakuums oder einfaches Entspannen in eine beliebige Zone niedrigeren Druckes, beispielsweise in die Atmosphäre, bewirkt. Bei dem verminderten Druck strömt das desorbierte Produkt aus der Adsorptionszone 10 durch die Leitung 6, das Ventil 8, die Sammelleitung 20 und wird als Sekundärabstrom abgezogen bzw. im vorliegenden Beispiel in die Atmosphäre entspannt.
Nach diesem Abblasen wird die Adsorptionszone bei annähernd Normaldruck durch Leitung 22, Leitung 21, Ventil 23 und Leitung 12 mit einem trockenen Luftstrom gespült, welcher die Adsorptionszone 10 durch Leitung 6, Ventil 8 und SammeUeitung 20 als Sekundärabstrom verläßt.
Falls die Adsorptionszone 10 auf einen Unterdruck evakuiert wird, kann sie, wie beschrieben, bei diesem niedrigen Desorptionsdruck mit trockener Luft gespült werden.
Die zur Spülung der Adsorptionszone 10 verwendete trockene Luft muß einen sehr niedrigen Taupunkt besitzen, beispielsweise einen Taupunkt unter -180C und vorzugsweise unter — 1300C, damit sich in den Adsorptionszonen 9 und 10 weder Feuchtigkeit noch Kohlendioxyd ansammelt. Trockene, kohlensäurefreie Luft ohne meßbaren Taupunkt bei — 184° C hat sich als besonders geeignet erwiesen.
Zum Spülen wird äußerst trockene Luft verwendet, da z. B. Molekularsiebe mit einer Porengröße von 10 bis 13 A eine sehr große Selektivität für Wasser besitzen und bei Zuführung von Wasser während der Spülung dieses Wasser nicht mehr aus dem Adsorbens in der Adsorptionszone 9 oder 10 entfernt wird. Es wurde experimentell festgestellt, daß die Molekularsiebe in den Adsorptionszonen 9 und 10 durch Erhitzen auf 260° C während des Spülens mit trockener Luft einen zufriedenstellenden Anfangstrockenzustand erlangen. Die Adsorbensbetten bleiben anschließend in guter Verfassung, um Sauerstoff anzureichern, und werden dann dem erfindungsgemäßen Verfahren unterzogen.
Erfindungsgemäß wird daher ein Einsatzluftstrom mit gegenüber der Außenluft höherem Taupunkt verwendet und die Wasserkonzentration auf dem Adsorbens durch Spülen der Adsorptionszone mit einem äußerst trockenen Luftstrom genügend niedrig gehalten, um den Luftstrom zur Sauerstoffanreicherung zu verarbeiten. Das zur Spülung des Adsorbens benötigte Volumen an trockener Luft beträgt (bei den Gefäßdrücken während des Durchleitens) etwa das 0,1- bis lOfache und vorzugsweise das 1- bis 3fache des wirklichen Volumens des Produktes. Beim vorliegenden Beispiel der Verwendung von
Molekularsieben mit einer Porengröße von 10 bis 13 A bei Raumtemperatur betrug das Volumen der Spülluft — bei Erzeugung eines Stromes mit 30% Sauerstoff bei 2 atü — 2,5 Volumina pro Volumen und Kreislauf. Im allgemeinen kann es durch Einstellen des Spülvolumens pro Kreislauf auf einen maximalen Sauerstoffgehalt im Produkt bei gegebener Produktgeschwindigkeit ermittelt werden. Nach dem Spülen des Adsorbens mit trockener Luft werden die Ventile 8 und 23 geschlossen.
Wie bereits beschrieben, wird die Adsorptionszone 9 mit der Adsorptionszone 10 durch Öffnen der Ventile 23 und 24 und Abschließen der Leitung 22 zum Druckausgleich gebracht. Nach Beendigung der Druckausgleichstufe wird das Ventil 4 geöffnet, um durch den Zustrom von der Einsatzluft aus Leitung 1 durch Leitung 2, Ventil 4, Leitung 6, Adsorptionszone 10 und Leitung 12 einen Druckanstieg zu erzielen. Nach Druckanstieg in der Zone 10 auf den Druck des Einsatzproduktes wird das Ventil 16 geöffnet, und das Primärabzugsprodukt strömt durch die Leitung 11 und 17 ab.
Die Adsorptionszone 9 wird dann in der gleichen Weise desorbiert, wie dies unter Bezugnahme auf die Adsorptionszone 10 beschrieben wurde.
In der vorliegenden besonderen Ausführungsform wurden zwei etwa 10 X 180 cm messende Adsorptionsbetten mit einem Volumen von je etwa 141 und einer Beschickung von insgesamt etwa 20 kg eines Molekularsiebes der Porengröße 10 bis 13 A verwendet. Der Gesamtadsorptionskreislauf dauerte 2 Minuten und setzte sich aus einer Adsorptionsphase von 30 Sekunden, einer Druckausgleichsphase von 15 Sekunden, einer Ruhezeit beim Ausgleichsdruck von 15 Sekunden, einer Zeit zum weiteren Abblasen von etwa 5 Sekunden, einer Desorptionsphase zum Desorbieren mit trockener Luft von 25 Sekunden, einer Druckausgleichsphase von 15 Sekunden und einer Verdichtungsphase auf den Adsorptionsdruck von 15 Sekunden zusammen.
Durch die Adsorptionszone wurde Luft aus der Atmosphäre mit einer Geschwindigkeit von 107 l/min geleitet und über Kopf mit Sauerstoff angereicherte Luft mit einem Gehalt von 31 Volumprozent Sauerstoff mit einer Geschwindigkeit von 67,4 l/min abgezogen. Wie bereits erwähnt, wurde die Adsorption bei etwa 2 atü und die Desorption bei 0 atü vorgenommen. Die Temperatur des Bettes betrug annähernd 210C. Erfindungsgemäß wurden während der Desorption zum Desorbieren und Reaktivieren des Bettes 33,7 l/min trockene Luft ohne meßbaren Taupunkt bei —130° C (jedoch mit Spuren Kohlendioxyd) und, wie vorstehend erwähnt, eine Druckausgleichsstufe verwendet und dabei, bezogen auf das Einsatzprodukt, Sauerstoff ausbeuten von 82% erzielt.
Zum Vergleich wurde in den gleichen Adsorptionszonen bei den gleichen Drücken und bei gleicher Dauer der Kreislaufphasen ein Luftstrom behandelt. Dabei wurde ebenfalls eine Druckausgleichsstufe verwendet und ein Produkt mit einem Gehalt von 31% Sauerstoff gewonnen, die Betten jedoch unter Verwendung eines Teiles des angereicherten Produktstromes desorbiert. Die Einsatzluft wurde mit einer Geschwindigkeit von etwa 140 l/min zugeführt und die angereicherte Luft mit einer Geschwindigkeit von etwa 58 l/min gewonnen. Dies entspricht einer Sauerstoffausbeute von 59%, bezogen auf das Einsatzprodukt, welche fast 30% unter der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielten Ausbeute liegt. Dies unterstreicht die wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Zusammenfassend ist zu sagen, daß gemäß vorliegender Erfindung zur Spülung des Adsorbens ein äußerst trockener Luftstrom verwendet wird und dadurch die Ausbeute an Sauerstoff aus dem Einsatzluftstrom erhöht wird. Dies wird vorzugsweise kombiniert mit einem Druckausgleich vor dem Abblasen, um teilweise angereicherte Luft einzusparen.
Das vorliegende Verfahren kann in verschiedener Weise modifiziert werden. Zum Beispiel kann eine Vorrichtung zur wärmelosen Fraktionierung zur Sauerstoffgewinnung mit einem wärmelosen Fraktionierungssystem zum Trocknen von Luft verbunden werden, um die trockene Luft zum Desorbieren der Sauerstofffraktionierungsbetten zu gewinnen. Statt dessen kann auch eine Adsorptionszone verwendet werden, welche einen zum Trocknen der Luft bestimmten Abschnitt und einen anderen, zur Sauerstofffraktionierung bestimmten Abschnitt aufweist (wobei die Adsorber und die Leitungen entsprechend ausgewählt werden), wobei die in dem ersten Abschnitt erzeugte Trocknungsluft zur Regenerierung des zweiten Abschnittes dient. Es wird darauf hingewiesen, daß zur Erzielung eines kontinuierlichen Produktstromes und zum Druckausgleich zweckmäßig zwei oder mehr in entgegengesetzten Phasen arbeitende Bettenpaare verwendet werden.
Obwohl vorzugsweise vor dem Einleiten der Desorption ein Druckausgleich der beiden Zonen stattfindet, kann das vorliegende Verfahren auch Anwendung finden, wenn die Adsorptionszone auf andere Weise auf den relativ niedrigen Desorptionsdruck entspannt wird, beispielsweise durch Druckausgleich mit einem Reservoir, welches kein Adsorbens enthält, oder unmittelbare Entspannung auf niedrigen Desorptionsdruck usw.
Bei einer Sauerstoff anreicherung über 30% kann darüberliegendes Abblaseprodukt mit einem Sauerstoffgehalt von über 21 % zweckmäßig in den Einsatzproduktkompressor zurückgeführt, statt einfach abgeblasen zu werden.

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Erhöhung der Sauerstoffkonzentration eines Luftstromes durch wärmelose Fraktionierung mit Hilfe von synthetischen Zeolithen, bei welchem man einen Luftstrom unter erhöhtem Druck in eine Adsorptionszone einleitet und einen Luftstrom mit wesentlich höherem Sauerstoffgehalt abzieht, dadurch gekennzeichnet, daß man die Adsorptionszone zur Desorption der adsorbierten Komponenten auf einen niedrigeren Desorptionsdruck entspannt und entgegen der Strömungsrichtung des Einsatzluftstromes mit einem Spülluftstrom vom Taupunkt unter —18° C spült.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man mit einem Adsorptionsdruck von 0 bis 14 atü arbeitet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man vor dem Spülen die unter dem Adsorptionsdruck stehende Adsorptionszone zunächst zum Druckausgleich mit einer unter dem
Desorptionsdruck stehenden Adsorptionszone verbindet und anschließend auf den Desorptionsdruck entspannt.
4. Verfahren nach Anspruch. 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß man, bezogen auf das während der Adsorptionsphase aus der Zone abge-
zogene Produktgasvolumen, etwa das 0,1- bis lOfache Volumen Spülluft verwendet.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Normaldruck mit einem Spülluftstrom mit einem wesentlich unter — 129° C liegenden Taupunkt desorbiert.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
809 537/543 3.68 © Bundesdruckerei Berlin
DEE24634A 1962-04-12 1963-04-06 Verfahren zur Erhoehung der Sauerstoffkonzentration eines Luftstroms Pending DE1265144B (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US186966A US3237377A (en) 1962-04-12 1962-04-12 Oxygen concentration process

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1265144B true DE1265144B (de) 1968-04-04

Family

ID=22687040

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DEE24634A Pending DE1265144B (de) 1962-04-12 1963-04-06 Verfahren zur Erhoehung der Sauerstoffkonzentration eines Luftstroms

Country Status (5)

Country Link
US (1) US3237377A (de)
BE (1) BE665815A (de)
DE (1) DE1265144B (de)
GB (1) GB976023A (de)
NL (2) NL291467A (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19725678A1 (de) * 1996-12-11 1998-06-18 Sgi Prozess Technik Gmbh Druckwechselanlage zur Gewinnung von Sauerstoff aus der Luft und Verfahren zum Betrieb einer solchen
US5935297A (en) * 1996-12-11 1999-08-10 Sgi-Prozesstechnik Gmbh Method for operating an alternating pressure apparatus for producing oxygen from the air

Families Citing this family (52)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3313091A (en) * 1963-11-04 1967-04-11 Exxon Research Engineering Co Vacuum cycle adsorption
US3453085A (en) * 1964-06-26 1969-07-01 Whirlpool Co Apparatus for providing an oxygencarbon dioxide atmosphere
GB1298818A (en) * 1968-12-20 1972-12-06 Kobe Steel Ltd Separation of oxygen from air
SU516410A1 (ru) * 1973-12-06 1976-06-05 Ленинградский технологический институт холодильной промышленности Способ очистки аргона
GB1434480A (en) * 1974-05-14 1976-05-05 Svenska Luftcompressor Ab Method of and apparatus for drying compressed gases especially compressed air for brake systems in motor vehicles
US4222750A (en) * 1976-08-16 1980-09-16 Champion Spark Plug Company Oxygen enrichment system for medical use
US4207084A (en) * 1977-04-04 1980-06-10 The Bendix Corporation Single bed separator apparatus
US4194892A (en) * 1978-06-26 1980-03-25 Union Carbide Corporation Rapid pressure swing adsorption process with high enrichment factor
US4194891A (en) * 1978-12-27 1980-03-25 Union Carbide Corporation Multiple bed rapid pressure swing adsorption for oxygen
JPS55149620A (en) * 1979-05-11 1980-11-21 Noboru Sato Oxygen-enriching system having good rise-up characteristic
DE2932333C2 (de) * 1979-08-09 1986-08-07 Bergwerksverband Gmbh, 4300 Essen Verfahren zur adsorptiven Trennung von neben Stickstoff wenigstens Sauerstoff enthaltenden Gasgemischen
US4349357A (en) * 1980-06-23 1982-09-14 Stanley Aviation Corporation Apparatus and method for fractionating air and other gaseous mixtures
US4576616A (en) * 1982-07-27 1986-03-18 Proto-Med. Inc. Method and apparatus for concentrating oxygen
US4449990A (en) * 1982-09-10 1984-05-22 Invacare Respiratory Corp. Method and apparatus for fractioning oxygen
JPS5992907A (ja) * 1982-11-19 1984-05-29 Seitetsu Kagaku Co Ltd 高濃度アルゴンの製造方法
US4477264A (en) * 1983-03-30 1984-10-16 Air Products And Chemicals, Inc. Pressure swing adsorption process for a medical oxygen generator for home use
US4491459A (en) * 1983-05-04 1985-01-01 Pinkerton Charles J Portable oxygen enrichment and concentration system
US4561865A (en) * 1983-11-01 1985-12-31 Greene & Kellogg, Inc. Single bed pressure swing adsorption gas separation system
US4552571A (en) * 1984-04-05 1985-11-12 Vbm Corporation Oxygen generator with two compressor stages
JPS60246206A (ja) * 1984-05-22 1985-12-05 Seitetsu Kagaku Co Ltd 高濃度酸素の製造方法
US4685939A (en) * 1985-03-19 1987-08-11 Air Products And Chemicals, Inc. Production of oxygen enriched air
US4744803A (en) * 1985-08-19 1988-05-17 The Ohio State University Research Foundation Complementary pressure swing adsorption
US4690696A (en) * 1985-10-18 1987-09-01 Air Products And Chemicals, Inc. Oxidation of carbonaceous material
US4756723A (en) * 1987-03-04 1988-07-12 Air Products And Chemicals, Inc. Preparation of high purity oxygen
US4950311A (en) * 1988-03-07 1990-08-21 White Jr Donald H Heaterless adsorption system for combined purification and fractionation of air
US5227056A (en) * 1989-08-03 1993-07-13 Kaiyo Kogyo Kabushiki Kaisha Apparatus for improving the quality of a large amount of water and the quantity of dissolved oxygen therein
US4973339A (en) * 1989-10-18 1990-11-27 Airsep Corporation Pressure swing absorption process and system for gas separation
US5074892A (en) * 1990-05-30 1991-12-24 Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation Air separation pressure swing adsorption process
US5074893A (en) * 1990-09-04 1991-12-24 On Site Gas Systems, Inc. Fluid adsorption system
US5203887A (en) * 1991-12-11 1993-04-20 Praxair Technology, Inc. Adsorbent beds for pressure swing adsorption operations
US5226933A (en) * 1992-03-31 1993-07-13 Ohio State University Pressure swing adsorption system to purify oxygen
GB2267447B (en) * 1992-06-01 1995-09-06 Pall Corp The removal in aircraft of components from fluid mixtures
US5258060A (en) * 1992-09-23 1993-11-02 Air Products And Chemicals, Inc. Adsorptive separation using diluted adsorptive phase
US5470377A (en) * 1993-03-08 1995-11-28 Whitlock; David R. Separation of solutes in gaseous solvents
US5344474A (en) * 1993-04-28 1994-09-06 Air Dry Corporation Of America Gas separation device
US5529610A (en) * 1993-09-07 1996-06-25 Air Products And Chemicals, Inc. Multiple zeolite adsorbent layers in oxygen separation
US5388643A (en) * 1993-11-03 1995-02-14 Amoco Corporation Coalbed methane recovery using pressure swing adsorption separation
US5698013A (en) * 1994-03-18 1997-12-16 Uop Nitrogen-selective zeolitic adsorbent for use in air separation process
US5454857A (en) * 1994-03-18 1995-10-03 Uop Air separation process
US5529607A (en) * 1995-03-15 1996-06-25 The Boc Group, Inc. PSA process with dynamic purge control
DE19518407A1 (de) * 1995-05-19 1996-11-21 Bayer Ag Verfahren zur adsorptiven Sauerstoffanreicherung von Luft mit Mischungen aus Molekularsieb-Zeolithen
US5711787A (en) * 1995-11-22 1998-01-27 Praxair Technology, Inc. Oxygen recovery pressure swing adsorption process
FR2743507B1 (fr) * 1996-01-16 1998-03-06 Air Liquide Procede pour la separation de melanges d'oxygene et d'azote utilisant un adsorbant a porosite amelioree
US5833738A (en) * 1996-03-01 1998-11-10 D.D.I. Ltd. Specialty gas purification system
EP0860194A1 (de) * 1997-02-21 1998-08-26 Aquilo Gas Separation B.V. Verfahren zum Trocknen von Druckluft
US5938819A (en) * 1997-06-25 1999-08-17 Gas Separation Technology Llc Bulk separation of carbon dioxide from methane using natural clinoptilolite
US5906674A (en) * 1997-12-16 1999-05-25 The Boc Group, Inc. Process and apparatus for separating gas mixtures
FR2796570B1 (fr) * 1999-07-22 2002-06-07 Air Liquide Adsorbant a selectivite amelioree pour la separation des gaz
US6558451B2 (en) * 2000-05-10 2003-05-06 Airsep Corporation Multiple bed pressure swing adsorption method and apparatus
EP1663450A1 (de) * 2003-09-09 2006-06-07 Teijin Pharma Limited Sauerstoffkonzentrationsvorrichtung und drehschieber
KR102215684B1 (ko) 2016-09-01 2021-02-19 엑손모빌 업스트림 리서치 캄파니 3a 제올라이트 구조체를 사용하는 물의 제거를 위한 스윙 흡착 방법
EP4045173A1 (de) 2019-10-16 2022-08-24 Exxonmobil Upstream Research Company (EMHC-N1-4A-607) Verfahren zur entwässerung mit kationischem zeolith rho

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB365092A (en) * 1930-10-15 1932-01-15 British Celanese Improvements in or relating to the treatment of gaseous mixtures for the purpose of separating them into their components or enriching them with respect to one or more of their components
US2535902A (en) * 1947-03-07 1950-12-26 Carnegie Illinois Steel Corp Gas drier
US2699837A (en) * 1951-07-11 1955-01-18 Selas Corp Of America Dehydrator
US2835115A (en) * 1955-05-20 1958-05-20 Linde Eismasch Ag Process for separating a compressed gas mixture
GB809168A (en) * 1956-08-29 1959-02-18 British Oxygen Co Ltd Purification of argon
US2944627A (en) * 1958-02-12 1960-07-12 Exxon Research Engineering Co Method and apparatus for fractionating gaseous mixtures by adsorption
GB850443A (en) * 1957-07-05 1960-10-05 Exxon Research Engineering Co Method and apparatus for fractionating gaseous mixtures
BE589295A (de) * 1957-11-21
US2966531A (en) * 1958-04-01 1960-12-27 Exxon Research Engineering Co Increasing efficiency of hydrocarbon separation with adsorbents
US2995208A (en) * 1958-08-15 1961-08-08 Phillips Petroleum Co Adsorption process and apparatus
US3094569A (en) * 1958-10-20 1963-06-18 Union Carbide Corp Adsorptive separation process
US3037338A (en) * 1958-12-30 1962-06-05 Union Carbide Corp Method for molecular sieve adsorption and desorption
NL258555A (de) * 1959-11-30
BE601007A (de) * 1960-03-09 1900-01-01
US3069830A (en) * 1960-03-24 1962-12-25 Exxon Research Engineering Co Heatless fractionator
US3140931A (en) * 1960-12-01 1964-07-14 Union Carbide Corp Separation of an oxygen-nitrogen mixture
US3140932A (en) * 1960-12-02 1964-07-14 Union Carbide Corp Separation of an oxygen-nitrogen mixture
US3141748A (en) * 1961-11-20 1964-07-21 Exxon Research Engineering Co Hydrogen purification process

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19725678A1 (de) * 1996-12-11 1998-06-18 Sgi Prozess Technik Gmbh Druckwechselanlage zur Gewinnung von Sauerstoff aus der Luft und Verfahren zum Betrieb einer solchen
US5935297A (en) * 1996-12-11 1999-08-10 Sgi-Prozesstechnik Gmbh Method for operating an alternating pressure apparatus for producing oxygen from the air

Also Published As

Publication number Publication date
BE665815A (de) 1965-12-23
NL136033C (de) 1900-01-01
US3237377A (en) 1966-03-01
NL291467A (de) 1900-01-01
GB976023A (en) 1964-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE1265144B (de) Verfahren zur Erhoehung der Sauerstoffkonzentration eines Luftstroms
DE3327091C2 (de)
DE19513599C1 (de) Verfahren zur Druckänderungsadsorption mit Hohlraumgas-Rückführung
DE2854060C2 (de)
DE2724763C2 (de) Verfahren zum Reinigen und Zerlegen eines Gasgemisches
DE2604305C2 (de)
DE1282608B (de) Verfahren zum waermelosen Desorbieren eines beladenen Adsorptionsbettes
EP0146124B1 (de) Druckwechseladsorptionsverfahren
EP0083433B1 (de) Adsorptionsverfahren zur Trennung von Kohlenwasserstoffen
DE2720286A1 (de) Verfahren und einrichtung zur anreicherung eines in einem gasgemisch enthaltenen gases
DE3716898C2 (de)
DE2214820B2 (de) Verfahren zur abtrennung von stickstoff aus luft
DE2615951A1 (de) Verfahren zur herstellung von hochreinem stickstoff
DE2460513C3 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Zerlegung von Gasgemischen durch adiabatische Ad- und Desorption
DE69724311T2 (de) Druckwechseladsorptionsverfahren zur Behandlung eines Gasgemisches
DE2038746A1 (de) Verfahren zur Trennung von Kohlendioxyd aus anderen Gasen
EP0066868B1 (de) Verfahren zur Trennung von Gasgemischen mittels Druckwechsel-Adsorptionstechnik
EP0072496A1 (de) Verfahren zur adsorptiven Zerlegung eines Gasgemisches
DE2441447C3 (de) Verfahren zur adsorptiven Trennung von neben Stickstoff wenigstens Sauerstoff enthaltenden Gasgemischen
DE3045978A1 (de) Verfahren zum trennen eines gasgemisches
DE1946186A1 (de) Verfahren zur Trennung eines komplexen Gasgemisches
EP0015413B1 (de) Druckwechseladsorptionsverfahren zur Zerlegung oder Reinigung von Gasgemischen
DE60112518T2 (de) Druckwechseladsorptionsverfahren mit Produktgasabgabe bei sinkendem Druck im Adsorptionsbett
DE2702784C2 (de) Verfahren zum Zerlegen eines Gasgemisches
DE1444447B2 (de) Verfahren zur desorption von unter hohem druck beladenen adsorptionsmitteln