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Verfahren zum Trennen von strömenden Gas-oder Gas-Dampfgemischen
Die übliche Methode der selektiven Adsorption an festen grossoberflächigen Körpern ist für strömende Gemische nur verwendbar, wenn diese aus Dämpfen und Gasen oder aus Gasen zu- sammengesetzt sind, die von dem betreffenden
Adsorbens so verschieden adsorbiert werden, dass dieses mit dem leichter adsorbierbaren
Anteil bis zur Sättigung beladen werden kann, während der schwerer adsorbierbare Anteil als
Abgas der Beladungsstufe entweicht ;
sind neben einem leicht adsorbierbaren Anteil mehrere schwer adsorbierbare Bestandteile im Gemisch vorhanden, so kann ausserdem auch eine Trennung dieser letzteren in beschränktem Ausmass durch getrenn- tes Auffangen der Abgase herbeigeführt werden.
Wenn aber die Adsorptionskonstanten der Mischungsbestandteile in bezug auf das Adsorptionsmittel bei den Temperaturen, bei denen die Adsorption durchführbar ist, nahe beisammen liegen, bedient sich die Technik des Weges, das
Gemisch in seiner ursprünglichen Zusammensetzung in das Adsorptionsmittel hineinzudrücken und die Zerlegung durch fraktionierte Desorption zu bewerkstelligen.
Es ist ferner bekannt, die Trennung von Kohlenoxyd und Wasserstoff, also von Gasen, deren Adsorptionskonstanten in bezug auf das Adsorptionsmittel, in diesem Falle aktiver Kohle, nahe beisammenliegen, durch selektive Adsorption im strömenden Gasgemisch dadurch zu bewirken, dass man die Beladung und Entladung einer jeden kreisläufig betätigten Adsorptionsmitteleinheit in schneller Aufeinanderfolge wechseln lässt und die Adsorption lange vor Erreichung des Adsorptionsgleichgewichtes unterbricht, worauf das Adsorptionsmittel vor der nächsten Beladung durch Desorption im gleichen Temperaturbereich in den ursprünglichen Zustand der vollen Aufnahmefähigkeit zurückversetzt wird (Kurzphasenverfahren)
. Dergestalt treten an die Stelle eines ununterbrochenen Adsorptionsvorganges von beispielsweise einstündiger Dauer 10 oder 20 Beladungsvorgänge von beispielsweise 6-Minutendauer bzw. 3-Minutendauer, die mit regelmässigen Unterbrechungen aufeinanderfolgen, wobei das Adsorbat während der gleich langen Beladungspausen aus dem Adsorptionsmittel ausgetrieben wird. Eine weitgehende Trennung lässt sich in dieser Weise aber nur erreichen, wenn die Umschaltung von der Beladungs-zur Entladungsstuie im richtigen Augenblick, d. h. nach dem Durchgang einer ganz bestimmten Menge der Rohgasmischung, erfolgt ; schon eine ganz kurze Verlängerung des Beladungsvorganges hat zur Folge, dass der Verhältnissatz an dem durch Adsorption auszusondernden Bestandteil im Abgas der Adsorptionsstufe jäh ansteigt.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ver- besserung dieses bekannten Verfahrens. Sie besteht im Wesen darin, dass die Dauer der einzelnen Desorptionsvorgänge im Verhältnis zur
Adsorptionsdauer verlängert wird, u. zw. gege- benenfalls bis zu einem Mehrfachen dieses letzteren. Im Gegensatz zu der symmetrischen
Schaltung des bekannten Verfahrens, bei welchem die Beladung-und Entladungsstufen von gleicher
Dauer sind, bedeutet das Verfahren der Anmeldung ein unsymmetrisches Schalten mit längeren Entladungsstufen im Vergleich zu den Beladungsstufen, die gegenüber der Dauer der Beladungsstufen bei der symmetrischen Schaltung noch gekürzt werden können.
Da nach den getroffenen Feststellungen die Adsorptionskonstanten unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit denselben Wert aufweisen, ergab sich hiedurch die Möglichkeit, die Strömungsgeschwindigkeit bis zu jenem Punkte zu steigern, bei welchem die Lebensdauer des Adsorptionsmittels durch Reibungserscheinungen verkürzt werden würde bzw. bei gleichbleibender Strömungsgeschwindigkeit, an Adsorptionsmittel oder Pumpenleistung im Vergleich mit dem bekannten symmetrischen Verfahren zu sparen, so dass sich das Verfahren der Erfindung in jedem Falle in einer erheblichen Leistungssteigerung des Kurzphasenverfahrens auswirkt.
In der nachfolgenden Tabelle sind an einem Beispiel die Leistungen des Kurzphasenverfahrens mit der bekannten symmetrischen Schaltweise und der unsymmetrischen Schaltweise gemäss der Erfindung verglichen :
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Zyklendauer davon Adsorptionsdauer
Desorpdonsdauer Umschaltzeit 2mal 1 Minute = Zyklen je Adsorber und Stunde Anzahl der Adsorber cbm Aktivkohle je Adsorber Minuten der Adsorptionsdauer je Adsorber in der Stunde Leistung in cbm Gas/min/cbm A-Kohle Abgesch. Desorptionsvolumen je Stunde CO-Gehalt im Desorbat etwa Die Leistung entspricht bei Adsorbern mit gleichen Durchmessern im Falle des symmetrischen Schaltens einer Gasgeschwindigkeit von 0. 550 mfsek. und im Falle des unsymmetrischen Schaltens einer Gasgeschwindigkeit von 1-15 m/sek.
Wenn man zwei Adsorber (mit einem dritten in Bereitschaft) wechselweise im. Betriebe hat, die an eine gemeinsame Vakuumpumpe angeschlossen sind, würde mit zunehmender Verkürzung des einzelnen Adsorptionsvorganges die Desorption in der Pause zwischen zwei Adsorptionsvorgängen nicht durchführbar sein. Um die Möglichkeit der Steigerung des Durchsatzes auszunützen, lässt man daher zweckmässig jeden Adsorber mit einer eigenen Vakuumpumpe zusammenarbeiten. Bei Anordnung einer grösseren Anzahl von Adsorbern in paralleler Schaltung, die in entsprechend schneller Aufeinanderfolge in den Strom der Rohgasmischung eingeschaltet werden, wird die Desorption zweckmässig mit Hilfe von so vielen Vakuumpumpen durchgeführt, als Adsorber oder Adsorbergruppen vorhanden sind.
Das Verfahren gestattet eine sehr hohe Anreicherung des stärker adsorbierbaren Anteiles des Rohgasgemisches im abgesaugten Adsorbat.
So lassen sich durch Adsorption an aktiver Kohle aus Kohlenoxyd-Wasserstoff-Gemischen, selbst wenn diese nur 5 bis 7% CO enthalten, Anteile mit einem Gehalt von 50% CO und darüber gewinnen ; aus günstiger beschaffenen Gemischen, beispielweise solchen von Methan und Wasserstoff, erhält man ohne weiteres
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