DE1817004A1

DE1817004A1 - Sauerstoffanreicherungsverfahren

Info

Publication number: DE1817004A1
Application number: DE19681817004
Authority: DE
Inventors: Tamura Dr Takaaki
Original assignee: TAMURA DR TAKAAKI
Current assignee: TAMURA DR TAKAAKI
Priority date: 1967-12-27
Filing date: 1968-12-24
Publication date: 1969-08-14
Also published as: GB1258417A; DE1817004B2; DE1817004C3; US3533221A; FR1598896A

Description

DR. WALTER NlELSCH

Pottntonwah 2 Hamburg 70

ι«

: 652 97 07

Dr, Takaak^ Tamurja, Tokio (Japan)

Sauerstoffanreicherungsverfahren

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zum Erhöhen des Sauerstoffgehaltes der Luft. Genauer ausgedrückt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren", um hochreinen Sauerstoff aus gewöhnlicher Luft unter Verwendung eines Adsorbens zu erhalten. Unter gewöhnlicher Luft wird hier die Luft verstanden, aus der die Feuchtigkeit, Kohlendioxyd und dergleichen durch eine Vorbehandlung nicht entfernt worden ist (nachfolgend wird solche Luft in dieser Beschreibung als "gewöhnliche Luft" bezeichnet.

Als Gastrennvorrichtungen sind bisher verschiedene Vorrichtungen und Verfahren vorgeschlagen worden, bei denen eine leicht adsorbierbare Gaskomponente von einer weniger leicht adsorbierbaren Gaskomponente unter Verwendung eines Adsorbens getrennt wird, wobei eine Adsorptionsstufe und eine Desorptionsstufe wiederholt wird (vergleiche japanische Patentschriften 145 29/1960 und 25969/1965 sowie die USA-Patentschriften 2 944 63? und 3 164 454).

Diese Verfahren sind sehr wirtschaftlich, denn sie benötigen keine Erhitzungsvorrichtungen und keine Kühlvorrichtungen und

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dies auch, wenn ein solches Adsorptionsverfahren zur Gewinnung von hochreinem Sauerstoff oder hochreinem Stickstoff aus Luft angewendet wird, wobei keine umfangreichen elektrischen Kraftanschlüsse und keine großen Vorrichtungsaufbauten erforderlich sind, wie dies in Luftverflüssigungsanlagen sonst erforderlich ist. Außerdem sind verschiedene Anpassungen für industrielle Zwecke vorgeschlagen worden«

Jedoch wird bei einem herkömmlichen Verfahren zur Gewinnung von hochreinem Sauerstoff aus Luft durch ein solches Adsorptionsverfahren üblicherweise ein Adsorbens verwendet, welches sein Adsorptionsvermögen für Stickstoff durch das Adsorbieren von Feuchtigkeit und Kohlendioxyd, die in der Luft als Verunreinigungen enthalten sind, verliert. Deswegen müssen solche Verunreinigungen zuerst aus der Luft entfernt werden, bevor die Luft in die Adsorptionsanlage einströmen darf, was zusätzliche Vorrichtungen und ebenfalls den Unterhalt von solr chen zusätzlichen Vorrichtungen erfordert, wodurch ein beträchtlicher Aufwand erforderlich ist.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Gewinnung von hochreinem Sauerstoff aus gewöhnlicher Luft unter Benutzung eines Adsorbens zu verbessern, jedoch ohne daß weitere zusätzliche Vorrichtungen zur Entfernung von Feuchtigkeit und Kohlendioxyd aus der Ausgangsluft erforderlich sind.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ver*· fahren zur Gewinnung von hochreinem Sauerstoff mittels einer Adsorptionsanlage aus gewöhnlicher Luft zu verbessern, wobei gleichzeitig Feuchtigkeit und Kohlendioxyd durch einfache und preiswerte Vorrichtungen entfernt werden·

Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, ein industrielles Verfahren zur Gewinnung von hochreinem Sauerstoff (der noch eine sehr kleine Menge Stickstoff enthält) mit einem solchen

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Reinheitsgrad zur Verfügung zu stellen, daß dieser für industrielle Zwecke verwendet werden kann und aus gewöhnlicher Luft in situ hergestellt wird, ohne daß zusätzliche spezifische Vorrichtungen zur Entfernung der bereits genannten Verunreinigungen in der Luft erforderlich sind*

Diese und noch andere Ziele der Erfindung können durch das Verfahren dieser Erfindung erreicht werden, welche nachfolgend näher ausgeführt werden.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem Sauerstoff aus gewöhnlicher Luft, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hauptverfahrensstufe durch Wiederholen einer Desorptionsstufe durch Evakuieren einer mit einem Adsorbens mit höherem Adsorptionsvermögen für Stickstoff als für Sauerstoff gefüllten Stickstoffadsorptionssäule und einer Vorbehandlungssäule mit einer Füllung aus einem Adsorbens mit größerem Adsorptionsvermögen für Peuchtigkeit und Kohlendioxyd in Luft als für Sauerstoff und Stickstoff, die in Serie mittels eines Absperrorganes mit der Stickstoffadsorptionssäule durch einen Auslaß der Vorbehandlungssäule entgegengesetzt zu der Seite verbunden ist, die die Vorbehandlungssäule mit der Stickstoffadsorptionssäule verbindet, wodurch im wesentlichen der größere Teil der in der Stickstoffadsorptionssäule desorbierten Gase durch die Vorbehandlungssäule abgesaugt wird und eine Adsorptionsstufe der Vorbehandlungssäule in der genannten Desorptionsstufe und gleichzeitig hochreiner Sauerstoff von dem Ende der Stickstoffadsorptionssäule rückgewonnen wird entgegengesetzt zu der Seite, die verbunden mit der Vorbehandlungssäule und der Zweigstufe zur Regenerierung der Vorbehandlungssäule durch Erhitzen ist, wenn mindestens eine der Komponenten, bestehend aus Feuchtigkeit und Kohlendioxyd in der gewöhnlichen Luft, die in die Vorbehandlungssäule in der Adsorptionsstufe der genannten Hauptstufe eintritt und dabei die Seite der Vorbehandlungssäule der genannten Hauptstufe erreicht, die mit uer Stickstoffadsorptionssäule verbunden

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ist, ausgeführt wird.

Die Erfindung wird zuerst unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert:

Figur 1 ist eine schematische Übersicht, die das Prinzip der vorliegenden Erfindung verdeutlicht*

Figur 2 ist eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform in der praktischen Arbeitsweise des Verfahrens dieser Erfindung zeigt.

fe Figur 5 ist eine graphische Darstellung und gibt die Beziehung zwischen dem Stickstoffgehalt in dem Gas beim Auslaß und die Menge des Gases wieder, die durch den Auslaß in die Anlage, die in Figur 1 dargestellt wird, geströmt ist.

Unter Bezugnahme auf die Figur 1 besitzt die Sauerstoffanreicherungsanlage der vorliegenden Erfindung eine Stickstoffadsorptionssäule 1 zur Abtrennung des Sauerstoffs und zwei Adsorptionssäulen 2 und J zum Entfernen von Feuchtigkeit und Kohlendioxyd aus der zu behandelnden Luft (nachfolgend wird solche Adsorptionssäule zur Entfernung der Verunreinigungen "Vorbehandlungssäule" genannt). In der Stickstoffadsorptionssäule 1 ist ein Adsorbens untergebracht, welches ein hohes w selektives Adsorptionsvermögen für Stickstoff besitzt. Die Molekularsiebe 5 K oder 13 X werden gewöhnlich verwendet und weiterhin, um einen hochreinen Sauerstoff zu erhalten, ist es empfehlenswert, ein spezifisches Adsorbens zu verwenden, welches noch später im einzelnen erläutert werden wird« Das Adsorbens, welches in den Vorbehandlungssäulen 2 und J verwendet wird, kann das gleiche sein wie jenes, welches in der Adsorptionssäule 1 benutzt wird, es kann aber in diesen auch ein Adsorbens verwendet werden, welches Feuchtigkeit und Kohlendioxyd adsorbieren kann wie Silikagel und Aiuminiumhydroxyd·

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Die Vorbehandlungssäulen 2 und 3 sind mit Erhitzungsvorrichtungen 4· und 4¹ ausgerüstet, wodurch die Innenseiten der Säulen erhitzt werden können, wenn dies erforderlich ist. Als Erhitzungsmittel können elektrische Erhitzungsgeräte oder Hitzeaustauscherrohr verwendet werden, durch welches ein erhitztes Gas oder eine erhitzte Flüssigkeit durchströmt. Weiterhin kann anstelle der Verwendung der Erhitzungsvorrichtung 4 und 4¹ ein heißes Gas,wie Luft,durch die Vorbehandlungssäule geleitet werden mittels der Absperrorgane 10 oder 10' und Zuführungen, wenn das Erhitzen der Vorbehandlungssäule erforderlich ist.

Die Arbeitsweise der Adsorptionsanlage ist in Figur 1 dargestellt und wird erläutert werden für den Fall, daß die Vorbahandlungssäule 2 zuerst benutzt wird.

Wenn die Komponenten, die an dem Adsorbens,welches sich in der Adsorptionssäule 1 und in der Vorbehandlungssäule 2 befindet, adsorbiert sind, muß erst beim Beginn des Arbeitsganges desorbiert oder diese entfernt werden. Hierbei sind die Absperrorgane 5» 9» 10, 11, 6' und 7¹ geschlossen. Die Absperrorgane 6, 7 und 8 sind geöffnet und die Säule 1 und die Säule 2 werden durch eine Zuleitung 12 mit Hilfe einer Vakuumpumpe eva~ kuiert (nicht dargestellt), wodurch die an den Adsorbentien und an dem Innenraum der Säulen.adsorbierten Komponenten desorbiert und abgeführt werden. (Nachfolgend wird dieses Verfahren als "Desorptions-stufe oder -verfahren" bezeichnet.) Als geeigneter Druck für das Evakuieren kann ein'solcher zwischen 1/2 bis 1/100 Atm. gemäß der Reinheit des zu gewinnenden Sauerstoffs verwendet werden. In diesem Falle ist die Reinheit des gewonnenen Sauerstoffs höher, wie der Druck für die Evakuierung niedriger ist.

Nachdem die an den Adsorbentien und den Räumen der Säulen adsorbierten Komponenten zufriedenstellend entfernt worden sind, wird das Absperrorgan 8 geschlossen und das Absperr-

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organ 5 geöffnet und danach trockener hochreiner Sauerstoff aus einer geeigneten reinen Sauerstoffquelle (nicht darge-_k stellt) in die Anlage eingeleitet. (Dieser Verfahrensschritt wird nachfolgend Rückführungs-stnfe oder -vorfahren genannt). Der reine Sauerstoff für die Rückführungstufe wird von einer separat angeordneten Sauerstoffquelle geliefert, aber aus der nächsten Stufe. Der reine Sauerstoff, der durch das Verfahren dieser Brfindung erhalten wird, kann für die Rückführu:inßstufen verwendet werden. Der Druck des Sauerstoffs, der für die Rückführungsstufe zugeführt wird, hängt davon ab, ob die Adsorptionsstufe durch Wahl eines Normaldruckes als Standard oder eines hohen Druckes als Standard betrieben werden soll. Wenn die Adsorptionsstufe durch Auswahl eines normalen Drukkos als Standard ausgeführt wird, wird der reine Sauerstoff in die Anlage eingeleitet bis der Druck des Sauerstoffs in der Anlage nahezu Atmosphärendruck hat, während in dem Falle, in dem ein hoher Druck als Standard verwendet wird, wird der Sauerstoff so eingeleitet bis der Druck in der Anlage nahezu den hohen Druck erreicht.

Nachdem die Rückführungsstufe beendet ist, wird das Absperrorgan 9 geöffnet. Gewöhnliche Luft, das heißt Luft, von der Feuchtigkeit und Kohlendioxyd nicht entfernt worden sind, wird durch die Zuführung 14- eingeleitet und gleichzeitig wird der reine Sauerstoff, der für die Rückführungsstufe - wie vorstehend erläutert wurde -verwendet wird und reiner Sauerstoff, der von der eingeführten Luft durch das Adsorptionssystem abgetrennt worden ist, durch eine Zuleitung 13 rückgewonnen. (Dieses Verfahren wird Adsorptions-stufe oder -verfahren genannt). In der Adsorptionsstufe wird die Feuchtigkeit und das Kohlendioxyd in der eingeführten Luft zuerst in der Vorbehandlungssäule 2 durch das darin befindliche Adsorbens entfernt und der in der Luft enthaltene Stickstoff wird durch das Adsorbens in der Adsorptionseäule 1 adsorbiert« Mit anderen Worten, wenn gewöhnliche Luft durch die Anlage in dem Adsorptionsverfahren geleitet wird, ist die Konzentration

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an Stickstoff in dem Gas am Auslaß der AdsorptionsSaule 1 im wesentlichen gleich der des reinen Sauerstoffgases, welches für die Rückführungsstufe verwendet wird, selbst'nachdem das reine Sauerstoffgas, welches für die Bückführungsstufe benutzt.wurde, für eine Zeitspanne rückgewonnen wurde, aber wenn das Adsorptionsverfahren weiter über einen Zeitabschnitt fortgesetzt wird, wird plötzlich die Konzentration des Stickstoffs in dem Gas am Auslaß erhöht und diese der Luft bald erreicht,

(Nachfolgend wird der vorstehend erwähnte Punkt der DurchV· bruch3punkt genannt und die Kurve, die die Beziehung zwischen der Menge des Gases, die durch den Auslaß der Säule durchgeht und der Konzentration an Stickstoff in dem Gas am Auslaß, wird "Durchbruchskurve"genanntJ Deshalb werden,wenn das Gasprodukt mit einem niedrigen Gehalt an Stickstoff benötigt wird, die Absperrorgane 9 und 5 gerade geschlossen bevor der Durchbruchspunkt erreicht ist, während,wenn die Menge Sauerstoff in dem Kreislauf des Adsorptionsverfahrens benötigt wird (das ist der Fall, wenn die Ausbeute des benötigten Sauerstoffs erhöht werden soll)§ die Konzentration an Stickstoff in dem rückgewonnenen Gas bis zu einem gewissen Ausmaß erhöht werden kann» Hierbei werden die Absperrorgane 9 und 5 geschlossen, nachdem der Durehbruchpunkt vollständig passiert worden ist und die Konzentration an Stickstoff in dem Gas an dem Auslaß weitgehend dia der Luft erreicht.

Wenn die Adsorptionssäule nur zur Adsorption des Stickstoffs verwendet wird, wie dies ia der Anlage, die in Figur 1 abgebildet ist, geschieht und wie es schon vorstehend erläutert wurde und ein sauerstoffreiches Gas mit einer geringen Konsentration an Stickstoff'gewünscht wird, läßt man das sauerstoffreiche Gas mit eine^ dazwischenliegenden Stickstoffkonzentration durch den Auelaß von der Adsorptionssäule treten, gerade bevor der DurcSibruchspimkt zvm Ende des Durchbruchspunkfces verloren ist; dieser Kachteil kann vermieden werden durch Verwendung von zwei oder mehr Adsorptions-

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säulen in zeitweiser Serienschaltung, wie dies in Figur 1 dargestellt ist. Eine Ausbildung, die noch später in Bezug auf die Ausführungsform gemäß Figur 2 erläutert werden wird, besteht aus drei Adsorptionssäulen.

Der Nachweis des vorstehend genannten Durchbruchpunktes kann durchgeführt werden durch Massen der Konzentration des Stick** Stoffs in dem Gas bei oder nahe dem Auslaß' der Adsorptionssäule mit Hilfe eines geeigneten Gasanalysators und dergleichen und kann ebenfalls durch Benutzung des Phänomens durch-

* geführt werden, daß Wärme durch die Adsorption des Stickstoffs an einem Adsorbens frei wird. Dies bedeutet, daß durch den Nachweis des abrupt erfolgenden Temperaturanstieges am Durchbruchpunkt mit Hilfe eines Thermopaares oder eines Thermistors die Messung erfolgen kann. Weiterhin ist es möglich, wenn man die Zeitspanne von der Einführung von Luft in die Adsorptionsanlage bis zum Durchbruchspunkt in der Adsorptionsstufe zuerst durch Teste unter einer bestimmten Bedingung ermittelt hat, die Anlage zu fahren, indem man eine zugehörige Zeitspanne für die Bedienung der Absperrorgane zugrunde legt, ohne die Konzentration des Stickstoffs in dem Gas oder die Temperatur des Gases zu messen. Die Stellung zum Nachweis des Durchbruchspunktes des Gases, welches durch die Adsorptionssäule strömt,

ψ kann am Ende des Gasauslasses der Adsorptionssäule angebracht sein, sie kann aber auch in einer Stellung angebracht werden, die etwas von dem Ende des Gasauslasses abseits gelegen sein kann in Richtung zu der Gaseinlaßseite des Adsorptionssäule. Besonders die letztere Anordnung ist bevorzugt, wenn es erforderlich ist zu wissen, ob das Gas am Auslaßende sich gerade vor dem Durchbruchspunkt befindet,, der später noch im Einzelnen erläutert wird in Bezug auf die Ausführungsform, die in Figur 2 gezeigt wird.

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Wie vorstehend beschrieben, wird das Adsorptionsverfahren durch Schließen der Absperrorgane 9 und 5-beendet. Wenn in der Adsorptionsstufe Stickstoff eine Hauptkomponente in als Ausgangsmaterial benutzter Luft ist und gleichzeitig ein Adsorbens gewöhnlich verwendet wird, welches ein sehr hohes Adsorptionsvermögen für Feuchtigkeit uud Kohlendioxyd im Vergleich mit dem für Stickstoff besitzt, erreicht das Adsorptionsvermögen des Adsorbens in der Adsorptionssäule 1 für Stickstoff seine Sättigung bevor die Vorbehandlungssäule 2 mit Feuchtigkeit oder Kohlendioxyd gesättigt ist, wenn die Kapazität der Vorbehandlungssäule nicht sehr klein ist. Mit anderen Worten, wenn die Menge des Adsorbens in der Säule 2 so ausgewählt ist, um größer zu sein als das Adsorbens in der Säule 1 durch einen bestimmten Wert, wird Feuchtigkeit und Kohlendioxyd in der Luft, die in die Adsorptionsanlage zugeführt wird, in der Vorbehandlungssäule 2 adsorbiert und tritt nicht in die ßäul© 1 ein, wenn gewöhnliche Luft in die Anlage eingeführt wird bis Stickstoff am Auslaßende der Säule 1 erscheint.

Danach wurde das Absperrorgan 8 geöffnet und das Absperrorgan 5 geschlossen, um die Desorptionsstufe durchzuführen und dann nach Schließen des Absperrorgans 8 und öffnen des Absperrorgans 5 wird die Rückführungsstufe ausgeführt durch Einleiten eines Teils des sauerstoffreichen Gases, welches in der vorhergehenden Stufe in der Anlage abgegeben wurde.durch die Zuführung 13 und die vorstehend beschriebenen Verfahrensstufen werden wiederholt ,.

Wenn die vorstehend erläuterten Verfahrensstufen für eine lange Zeitspanne wiederholt werden, werden Feuchtigkeit und Kohlendioxyd in der Vorbehandlungssäule 2 angesammelt und das Adsorbens in der Säule verliert schließlich sein Adsorptionsvermögen» Eine solche Sättigung kann mittels Kohlendioxydnachweisgeräten festgestellt werden oder mittels eines

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Feuchtigkeitsnachweisgerätes, welche bei oder nahe dem Auslaßende der Säule 2 bei der Adsorptionsstufe angebracht sind. Ebenso kann die Gegenwart von Feuchtigkeit sehr einfach durch die Anbringung von ait Kobaltchlorid blau gefärbtem Silikagel nahe dem Auslaßende der Säule 2 unter Beobachtung des Farbumschlages des Silikagels in rosa durch anwesende Feuchtigkeit nachgewiesen werden«

Wenn sich Feuchtigkeit oder Kohlendioxyd am Auslaßende der Vorbehandlungssäule 2 nachweisen zu lassen beginnen, sind die Absperrorgane 6 und 7 geschlossen, die Absperrorgan 6· und 7' sind geöffnet und die Absperrorgane 10* und 11* sind geschlossen und die vorstehenden Verfahrensstufen werden kontinuierlich wiederholt durch Verwendung einer anderen Vorbehandlungssäule 3«

Während des Arbeitens der Anlage unter Verwendung der Vorbehandlungssäule 5 wird das Adsorbens in der Vorbehandlungssäule 2, welches sein Adsorptionsvermögen durch Beladung mit Feuchtigkeit und Kohlendioxyd verloren hat, der folgenden Regenerationsstufe unterworfen. Diese wird ausgeführt, indem die Innenseite der Säule 2 mit Hilfe der schon genannten Erhitzungsvorrichtung erhitzt wird. Hierbei sind die Absperrorgane 10 und 11 geöffnet und gewöhnliche Luft strömt durch die Säule 2 durch die Zuführungen, wobei die Feuchtigkeit und das am Adsorbens adsorbierte Kohlendioxyd desorbiert und bei hoher Temperatur unter normalem Druck entfernt werden· Wenn das Erhitzen durch alleiniges Erhitzen der Säule 2 ausgeführt wird und gewöhnliche Luft nur als Trägergas benutzt wird, um alle Feuchtigkeit und alles Kohlendioxyd aus der Säule zu entfernen, sind die Kosten für die Einrichtungen und das Erhitzen sehr niedrig, denn dies erfolgt ohne Benutzung der Luft, von der Feuchtigkeit und Kohlendioxyd noch nicht entfernt worden sind. Nachdem die Regeneration des Adsorbens in der Vorbehandlungssäule 2 beendet ist, läßt man die Säule 2 sich abkühlen zur Wiederverwendung in der darauffolgenden Stufe, Die Säule

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kann abgekühlt werden, indem man ein Kühlmittel durch das Schlangenrohr 4 leitet. Die Aufheiztemperatur für die Regeneration des Adsorbens hängt von der Art des Adsorbens ab, liegt aber gewöhnlich etwa zwischen 150 bis etwa 600° C.

Das Prinzip der vorliegenden Erfindung wurde für die Ausführungsform unter Einsatz von zwei Säulen als Vorbehandlungssäulen erläutert* Aber nur eine Vorbehandlungssäule braucht verwendet zu werden, wenn die Wiedergewinnung von Sauerstoff

gestoppt ist» während der Regeneration der Vorbehandlungssäule durch Erhitzen oder durch kontinuierliches oder intermittierendes Einfüllen eines frischen Adsorbens in die Vorbehandlungssäule in einem luftdichten Zustand und gleichzeitigen Entnehmen des verbrauchten Adsorbens aus der Säule· In diesenFällen, besonders im letzteren Fall, können die Absperrorgane 6 und 6', wie in Figur 1 dargestellt, als unnötig angesehen werden, aber wegen der nachstehend genannten Gründe sind diese notwendig in Bezug auf das Stoppen des Arbeitsganges, wofür ein Absperrorgan (wie Absperrorgan 6 oder 6· in Figur 1) zwischen der Stickstoffadsorptionssäule und der Vorbehandlungssäule angeordnet ist.

Das vorstehend erläuterte Verfahren zeichnet sich durch hervorragende Vorzüge aus, wie dies in dem Beispiel dieser Erfindung gezeigt wird« Diese bestehen darin, daß die Luft, die als Ausgangsmaterial für die Rückgewinnung des Sauerstoffs eingeführt wird, in die Adsorptionsanlage ofcner Jede Vorbehandlung eingeleitet wird· Bei den herkömmlichen Methoden, bei denen ebenfalls gewöhnliche Luft benutzt wird, ist eine Vorbehandlung erforderlich· Die Säule 2 wird mit Feuchtigkeit und Kohlendioxyd nach einer längeren Zeitspanne gesättigt. Weiterhin ist zum Regenerieren der gesättigten- Säule* 2 , vorgetrocknete Luft unnötig» Dies bedeutet, daß die Säule 2 und die Säule 3 «jede umgeschaltet werden wesax oina von. ihnen durch Feuchtigkeit oder Kohlendioxyd gesättigt ist· Dann kann die Säule mittels Durchleiten gewöhnlicher Luft unter

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Erhitzen der Säule regeneriert werden. Ebenso ist die Reinheit des durch die Adsorptionsanlage rückgewonnenen Sauerstoffs hoch und auch die Ausbeute an Sauerstoff ist hoch·

Die Gründe, warum das Verfahren dieser Erfindung die vorsterhend genannten ausgezeichneten Verbesserungen besitzt, sind nicht ganz genau erklärlich, aber man darf annehmen, daß sie hauptsächlich auf die folgenden Tatsachen gegründet.werden können»

Der erste Grund liegt in der Desorptionsstufe, Dies bedeutet, daß wenn das schon erläuterte Desorptionsverfahren ausgeführt wird, das desorbierte Gas hauptsächlich au« dem Gas besteht, " welches aus dem Adsorbens in der Adsorptionsßäule 1 desorbiert worden ist, welches hauptsächlich Stickstoff (9O- 99# Stickstoff) und das Gas weder Feuchtigkeit noch Kohlendioxyd enthält.

Wenn die Desorptionsstufe der vorliegenden Erfindung durch Evakuieren der Anlage durchgeführt wird, währenddessen die Absperrorgane 5, 9» 10, 11, 6' und 7¹ geschlossen sind, strömt das desorbierte Gas durch die Vorbehandlungssäule 2 (oder 3) bei einem verminderten Druck und es wird mittels einer Vakuumpumpe durch das Absperrorgan 8 und die Zuleitung 12 in der Richtung entgegengesetzt zu der Richtung der eingeführten gefc wohnlichen Luft in der Adsorptionsstufe abgesaugt« Deshalb wird die Feuchtigkeit und das Kohlendioxyd, welches an dem Adsorbens adsorbiert ist, das in der Nähe des Lufteinlaßendes der Säule 2 (oder 3) untergebracht ist, teilweise durch den Strom des hochtrockenen stickstoffreichen Gases von der Adsorptionssäule mitgeführt und mittels der Vakuumpumpe mit abgesaugt. Das ergibt sich auch deutlich aus den noch folgenden Beispielen, Sie Tatsache, daß die Erhöhung des Gewichtes der Säule 2 (oder 3) während der Fortsetzung des Arbeitens merklich Medriger ist als das Gewicht von Feuchtigkeit und Kohieiidioxyd, welches durch die Luft in die Anlage während des Arbeitene eingeführt wird, ist beachtlich. Mit anderen Worten,

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im Beispiel 1 wurden 20,0 m^y gewöhnlicher Luft mit einem Gehalt an 12,7 g/n? Feuchtigkeit und 0,55 g/m^ Kohlendioxyd in die Adsorptionsanlage eingeführt und wenn dabei die ganze Feuchtigkeit und das Kohlendioxyd der Luft durch das Adsorbens in der Säule 2 (oder 3) adsorbiert wurden, müßte sich das Gewicht der Säule um etwa 265 g erhöhen. Tatsächlich erhöhte sich jedoch das Gewicht nur um 6,0 g. Weiterhin wurde keine Gewichtserhöhung an der Adsorptionssäule 1 beobachtet wie das im Beispiel 1 ausgeführt wird, wodurch nachgewiesen ist, daß weder Feuchtigkeit noch Kohlendioxyd in der Säule 1 adsorbiert worden sind. Dies zeigt, daß selbst wenn ein großes Volumen an gewöhnlicher Luft in die Adsorptionsanlage dieser Erfindung eingeführt worden ist, die Adsorptionssäule 1 vollständig davor bewahrt worden ist, ein herabgesetztes Adsorptionsvermögen durch die Adsorption von Feuchtigkeit und Kohlendioxyd zu erhalten, indem man nur eine kleine Menge Adsorbens in der Vorbehändlungssäule 2 (oder 3) in dem Verfahren dieser Erfindung eingefüllt hat. Bei dem Verfahren dieser Erfindung muß die Vorbehandlungssäule, wenn sie mit Feuchtigkeit und Kohlendioxyd gesättigt ist, regeneriert werden, indem Luft durch sie unter Erhitzen durchgeleitet wird, denn die Menge des eingefüllten Adsorbens in der Vorbehändlungssäule ist klein, so daß der notwendige Energiebedarf zum Erhitzen des Adsorbens >lein gehalten wird, wodurch der wirtschaftliche Wert des Verfahrens sehr bedeutend ist,

Der zweite Grund beruht auf der Rückführungsstuf9. Dies bedeutet, daß im Verfahren der vorliegenden Erfindung, wie bereits vorstehend bis ins einzelne gehend beschrieben, gewöhnliche Luft nicht in die Anlage direkt nach dem Desorptionsverfahren. durch Evakuieren eingeführt wird. Vielmehr wird sie eingeführt, nachdem in der Anlage■reiner Sauerstoff oder ein sauerstoffreiches Gasprodukt zuerst eingefüllt wird . bis der Druck in der Anlage nahezu den gleichen Druck für das Adsorptionsverfahren erreicht hat. Es ist ohne weiteres ersichtlieh aus dem Beispiel 1, Beispiel 2 und Figur 3, die die

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Ergebnisse aus diesen Beispielen wiedrgeben, daß die Durchbruchskurve des Stickstoffs am Auslaßende der Adsorptionssäule 1 sehr scharf durch die Anwendung des Rückführungsverfahrens ausgebildet ist im Vergleich mit dem EcIl, daß man die Rückführungsstufe wegläßt. So kann das Produkt in einer hohen Konzentration an Sauerstoff in hoher Ausbeute erhalten werden. Da in der Rückführungsstufe durch die Zuleitung der Vorbehandlungssäule 2 (oder 3) das Rückführungsgas in der entgegengesetzten Richtung eingeführt wird, so daß gewöhnliche Luft in r'?r Adsorptionsstufe und ebenso das Rückführungsgas eingeführt wird, enthält ein Teil des verwendeten Gasproduktes weder Feuchtigkeit noch Kohlendioxyd. Die Adsorptionszone für Feuchtigkeit und Kohlendioxyd ist nahe dem Einlaßende der Vorbehandlungssäule 2 (oder 3) angeordnet. Bei der Desorptionsstufe ist sie weiter zum Einlaßende durch das Rückführungsgas verschoben, was bemerkenswert die Adsorptionskapazität der Vorbehandlungssäule 2 (oder 3) erhöht.

Das Prinzip der vorliegenden Erfindung und die dabei erzielten ausgezeichneten Vorteile und die Gründe, die diese Vorzüge bewirken, wie sie bereits vorstehend genannt worden sind, werden zusätzlich durch einen Vergleich der Beispiele 1, 2 und 3 deutlich. So zeigt sich beim Vergleich des Beispiels 1 mit dem Beispiel 2, daß durch die Anwendung der Rückführungsstufe die Ausbeute an Sauerstoff pro Arbeitseinheit erhöht werden kann durch Verwendung eines Adsorbens, welches das gleiche Adsorptionsvennögen (vergl. Figur 3) besitzt und die notwendige Anzahl für die Regenerierung der Vorbehandlungssäulen für jede Menge hergestellten Sauerstoffs herabgesetzt werden kann. Wenn man das Beispiel 1 mit dem Beispiel 3 vergleicht, wobei eine herkömmliche Zweisäulenaustauschanlage benutzt wurde, in Bezug allein auf die Entfernungestufe für Feuchtigkeit und Kphlendioxyd, ist die zur Regeneration der Vorbehandlungssäule benötigte Wärmemenge in dem Verfahren dieser Erfindung nur 1/83 im Vergleich zu den herkömmlichen Anlagen für den Fall der Verwendung des gleichen Adsorbens in beiden Anlagen,

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Hierdurch wird der ausgeeeichnete Fortschritt für dae Verfahren dieser Erfindung nachgewiesen im Vergleich mit der herkömmlichen Anlage zur Entfernung von Peuchtigkeit und Kohlehdioxyd.

In der vorstehenden Ausführungsform wurden die Vorteile angeführt j die man erhält, wenn man die drei Stufen, bestehend aus Desorption, Rückführung und Adsorption in dieser Reihenfolge gemäß dem Verfahren dieser Erfindung wiederholt. Es sei jedoch bemerkt, daß wenn die Konsentration an Sauerstoff in dem Gasprodukt nicht so hoch benötigt wird, die Rüdkfülirungflverfah*· rensstufe in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung weggelassen werden kann.

Das ist der Fall, wenn die zwei Stufen für die Desorption und Adsorption unter Verwendung der Adsorptionsanlage - wie in Figur 1 dargestellt - verwendet werden* In der gleichen Weise wio die Stufen der Desorption und Adsorption in den vorstehend genannten drei Verfahrensstufen ausgeführt werden, ist die Konzentration an Stickstoff in dem Gasprodukt hoch und nicht konstant sowie auch die Ausbeute an Sauerstoff zur eingeführten Luft herabgesetzt, wie dies im Beispiel 2 gezeigt wird· Jedoch wenn man den Fall des Beispiele 2 mit einer herkömmlichen Anlage, bestehend aus einer einfachen Kombination einer herkömmlichen Zwei-Säultnaustauschanlage zur Entfernung von Feuchtigkeit und Kohlendioxyd und einer herkömmlichen Adsorptionsanlage, vergleicht, ist es sofort ersichtlich, daß das Verfahren dieser Erfindung, wie es Im Beispiel 2 ausgeführt wird, wesentlich wirtschaftlicher sein muß als die herkömmliche Anlage. In diesem Falle, wenn eine Anordnung der Vorbehandlungssäulen verwendet wird und die Desorptionsstufe und Adsorptionsstufe abwechselnd durchgeführt werden, kann das Gasprodukt kontinuierlich gewonnen werden·

Die Vorteile des Verfahrens dieser Erfindung wurden vorstehend auf der Basis der Benutzung nur einer Adsorptionssäule 1,

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wie diese in Figur 1 dargestellt ist, beschrieben, Eine solche einfache Anlage ist für die industrielle Verwendung aus den folgenden Gründen unbefriedigend:

(1) Durch Verwendung nur einer Adsorptionssäule 1, wie in Figur 1 dargestellt, kann das Gasprodukt nicht kontinuierlich in einem langen Lauf gewonnen werden und hierdurch wird die Arbeitsweise der Luftversorgungspumpe und.der Evakuierungspumpe oder Vakuumpumpe intermittierend.

(2) Wie vorstehend ausgeführt in Bezug auf die Adsorptionsstufe, im Falle der Gewinnung von hoch konzentriertem Sauerstoff, enthält das sauerstoffreiche Gas eine dazwischenliegende Konzentration an Stickstoff, die gerade vor dem Durchbruchpunkt zum Ende des Durchbruchpunktes abgegeben wurde.

Dieser vorstehend genannte Nachteil (2) wird durch Verwendung von 2 Adsorptionsanlagen,wie in Figur 1 dargestellt, vermieden.

Weiterhin, wenn der Durchbruchpunkt am Auslaßende der ersten Adsorptionssäule erscheint, besitzt das sauerstoffreiche Gas eine dazwischenliegende Konzentration an abgegebenem Stickstoff, der danach in den Lufteinlaß der zweiten Adsorptionsanlage eingeleitet wird, worin die Desorptions- und die Rückführungsstufe gerade beendat wurden. Wenn die Zusammensetzung des Gases am Auslaßende der ersten Adsorptionssäule die Zusammensetzung der Luft erreicht (Ende des Durchbruchpunktes), wird die Luftversorgung zu der ersten Adsorptionsanlage beendet und Luft wird dann unverzüglich in die zweite Adsorptionsanlage eingeführt· Daraufhin wird die erste Adsorptionsanlage unverzüglich den Deaorptions- und Rückführungsstufen unterworfen. Ebenso wenn der Durchbruchpunkt des Stickstoffs in dem Gas erscheint, welches das Auslaßende der zweiten Adsorptionssäule verläßt, hat das sauerstoffreiche Gas eine dazwischenliegende Konzentration an Stickstoff, welche vom Durchbruchpunkt zum Ende des Durchbruchpunktes stammt und wird

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in den Lufteinlaß der ersten Adsorptionsanlage eingeführt, die der Desorptions- und Rückführungsstufe, wie vorstehend schon beschrieben, unterworfen worden ist. Danach, wenn die Zusammensetzung des Gases das Auslaßende der Stickstoffadsorptionssäule in der zweiten Adsorptionsanlage die Zusammensetzung von Luft erreicht, wird die Versorgung mit gewöhnlicher Luft zu der zweiten Adsorptionsanlage gestoppt und die Luft wird unverzüglich zu der ersten Adsorptionsanlage geleitet. Diese Arbeitsgänge werden danach wiederholt.

Solch ein verbessertes Arbeitsverfahren, wie vorstehend erläutert, kann sehr leicht praktisch ausgeführt werden durch Anbringen der erforderlichen Zuführungen und Absperrorgane, aber.der schon genannte Nachteil <1) ist damit nicht beseitigt. Jedoch können die schon beschriebenen Nachteile (1) und (2) beseitigt werden, indem man mindestens drei Adsorptionsanlagen, wie in Figur 1 dargestellt, verwendet.

Jetzt wird die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in Bezugnahme auf die Figur 2 erläutert werden·

In Figur 2 sind die 3 A*a»rpti*nsanlagen wie in Fig. 1 aargestellt und sind kombiniert angeordnet, wie es die Figur 2 zeigt. So zeigen die Ziffern 1, 2 und 3 Stickstoffadsorptions« säulen, die der Stickstoffadsorptionssäule 1 in Figur 1 entsprechen. Die Ziffern 4, 5, 6, ?, 8 und 9 verdeutlichen die Vörbehandlungssäulen entsprechend den Vorbehandlungssäulen 2 und 3 in der Figur 1. Jede Vorbehandlungssäule in Figur 2 ist ebenso mit einer Erhitzungsvorrichtung und Zuleitungen zum Abführen von gesättigter Feuchtigkeit und Kohlendioxyd in der Säule bei der Regeneration ausgerüstet (entsprechend den Erhitzungsvorrichtungen 4 oder 4¹ und den Ableitungen 10 und 11 oder 10' oder 1Ϊ¹). Aber zur Vereinfachung der Zeichnung der . Figur 2 sind alle nicht dargestellt·

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Eine Lüfteinlaßrohrleitung 35 ist mit den Iiuf tversorgungsmitteln (nicht dargestellt) verbunden. Eine Zuleitung 36 ist mit einer Evakuierpumpe oder Vakuumpumpe (nicht dargestellt) verbunden, um die Anlage in der Desorptionsstufe zu evakuieren. Ein Trockengasdruckkonstanterhalter 10 für trockenes Gasprodukt ist mit den drei Stickstoffadsorptionssäulen 1, 2 und 3 durch die Absperrorgane 17, 18 beziehungsweise 19 und ebenso mit einer Produktabzugsleitung 37 verbunden, Die Absperrorgane 11 bis 22 werden für jede Desorptionsstufe, Hückfüfirrungsstufe und Adsorptionsstufe verwendet. Die Absperrorgane 23 bis 34- werden benutzt, wenn jede der Vorbehandlungssäulen ^ von 4 bis 9 durch Erhitzen regeneriert werden muß. Die Adsorbentien, die zur Füllung in den Säulen 1 bis 9 vorgesehen sind, befinden sich in den gleichen Stellungen wie bei der Ausführungsform, die in der Figur 1 dargestellt ist. Weiterhin ist das Regenerierverfahren der Vorbehandlungssäulen 4 bis 9 und die Regenerierzeit die gleiche wie für die in Figur 1 gezeigten Ausführungsformen.

Nun wird die Arbeitsweise der in der Figur 2 gezeigten Ausführungsform näher erläutert werden für den Fall des Arbeitens der Vorbehandlungssäulen 4, 6 und 8 (entsprechend sind die Absperrorgane 23, 24, 27, 28, 31 und 32 geöffnet und die Absperrorgane 25, 26, 29, 30, 33 und 34- sind geschlossen),

Anfangs wird trockener Sauerstoff mit einer hohen Reinheit in den Gasbehälter 10 eingefüllt. Danach, nach öffnen der Ab-* sperrorgane 14 und 15 (die anderen Absperrorgane sind geschlossen mit Ausnahme der Absperrorgane 23, 24, 27, 28, 31 und 32 - wie vorstehend schon ausgeführt), werden die Anlage der Adsorptionssäule 1 und die Vorbehandlungssäule 4 und die Anlage der Adsorptionssäule 2 und die Vorbehandlungssäule 6 bis zu einem Ausmaß entsprechend der Reinheit des gewünschten Sauerstoffs evakuiert« Dann wird nach Schließen der Absperrorgane 14 und 15 und Öffnen der Absperrorgane 17 unä 18 das Rückführungsverfahren für beide Adsorptionsanlagen

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vervollständigt durch den Sauerstoff in dem Gasbehälter 10. Danach-wird durch Betätigung der Absperrorgane 11 bis 22 in der in der Tabelle 1 gezeigten Reihenfolge die Anlage der Säule 1 und Säule 4, die Anlage der Säule 2 und 4 und die Anlage der Säule 3 und 8, jede von dem ersten Zyklus bis zum sechsten Zyklus, wie in Tabelle 1 gezeigt, unter Wiederholen der Stufen der Desorption, Rückführung und Adsorption in dieser Reihenfolge geschaltet, um kontinuierlich sauerstoffreiches Gas zu erhalten,

Tabellen 1 .

(A) (B) Stellung der Absperrorgane

22 2Q 21 11 12 13 17 18 19 14 15 16

3 De.

ι Ca) - m

3 De.

T De·
Nr, 3 2 Ad. - Ca) *· - - - + ^to -. + + + -·.

3 R. '

3 Ad. V

3 Ad. - Ca)
. 1 Ad.
Nr. 6 2 De. +---- + + --« + 3 Ca)-Cb) ^

CA) bedeutet den Arbeitszyklus; CB) ist der Arbeitszustand der drei Säulen in jedem Zyklus 1, 2 und 3; CAd) bedeutet Adsorptionsstufe ; (R) zeigt die Rückführungsstufe an; (De) zeigt die Desorptionsstufe an; (a) ist der Zustand gerade vor dem Durchbruchpunkt; Cb) ist der Zustand des Endes des

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181700A

Durchbruchpunktesj (+) zeigt den Zustand, bei dem die Absperrorgane geöffnet sind und (-) sseigt den Zustand, bei dem die Absperrorgane geschlossen sind*

Wenn das Adsorptionsvermögen eines jeden Adsorbens, die Adsorp~ tionsgeschwindigkeit, der Adsorptionsdruck, die Adsorptionstemperatur und der Versorgungsstrom der Luft konstant gehalten sind, kann der Austausch eines jeden Zyklus mit nahezu definierten Zeitintervallen durchgeführt werden und deshalb, wenn die Beziehung der Gastemperatur an den Auslaßenden der Adsorptionssäulen 1,2 und 3 und die Zeit für das Auftauchen des

) Durchbruchpunktes in jedem Gas an dem Auslaßende der Säule vorher durch Versuche bestimmt worden ist, kann die Anlage für den nächsten Zyklus mit einem konstanten Zeitabschnitt ausgewechselt werden. Jedoch ist meistens vorzuziehen, besonders wenn die vorerwähnten Hedingungen nicht konstant sind oder der Versorgungsstrom der Luft nicht konstant ist, durch geeignete Nachweisgeräte, die für die Bestimmung des Durchbruchpunktes in geeigneter Stellung an jeder Adsorptionssäule angebracht sind, zu sorgen, wie dies bereits im Falle der Erläuterung der Arbeitsweise der Anlage, die in Figur 1 abgebildet ist, geschehen ist. Die Anlage wird dann auf den darauffolgenden Zyklus umgeschaltet gemäß der Anzeige der Nachweisgeräte zur Zeit wenn diese absinken. Dies bedeutet, wenn der Gehalt an

" Sauerstoff in dem Gas an den Auslaßenden der Adsorptionssäulen 1, 2 und 5 jeder unter einen bestimmten Wert sinkt, kann der . erste Zyklus gegen den zweiten Zyklus ausgetauscht werden, der dritte Zyklus kann mit dem vierten Zyklus ausgetauscht werden oder der fünfte Zyklus kann gegen den sechsten Zyklus gemäß Tabelle 1 ausgetauscht werden. Andererseits kann der Austausch des zweiten Zyklus gegen den dritten Zyklus, des vierten gegen den fünften Zyklus oder des sechsten Zyklus gegen den ersten Zyklus gemäß Tabelle 1 ausgeführt werden, wenn die Gaszusammensetzung an den Auslaßenden der Adsorptionssäulen 1, 2 und 3 die Zusammensetzung der Luft erreicht«

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- 21 - .. "■■"■. ■■■.. :

Als Naehweisgeräte, die für dftn vorstehend genannten Zweck verv/endhar sind, können verschiedene Arten mit den verschiedenartigsten Arbeitsverfahren, verschiedenen Stellungen und verschiedener Anzahl verwendet werden, beispielsweise durch Anbringen eines Sauerstoffanalysengerätes in jedem Auslaßende der Adsorptionssäulen 1, 2 und 5 und wenn die Konzentration des Sauerstoffs in dem Gas an dem Auslaßende der Säule niedriger als ein bestimmter Wert wird, wird der Austausch des ersten Zyklus zum zweiten Zyklus,des dritten Zyklus zum vierten Zyklus und des fünften Zyklus zum sechsten Zyklus gemäß Tabelle Ί unverzüglich durchgeführt, während, wenn die Konzentration des Gases am Auslaßende jene in der Luft erreicht,wird unverzüglich die Umschaltung des zweiten Zyklus zum dritten Zyklus, des vierten Zyklus zum fünften Zyklus und des sechsten Zyklus zu dem ersten Zyklus gemäß Tabelle 1 unverzüglich ausgeführt. Jedoch müssen bei einer solchen Arbeitsweise differierende zwei Sauerstoffkonzentrationen gemessen und eine geringfügige Abweichung der Sauerstoffkonzentration muß sehr schnell nachgewiesen werden* Deswegen kann die Arbeitsweise der Anlage in Schwierigkeiten geraten, die durch die Verzögerung beim Nachweis der Abweichung des absoluten Wertea der Bestimmung der Sauerstoffkonzentration verursacht wird und dem Mangel an Empfindlichkeit des Nachweisgerätes hervorgerufen werdenv

Deshalb wird eine von mehreren wünschenswerten Eigenschaften nachstehend erläutert werden. Zu diesem Zweck werden zwei SauerstoffkonzentrationsbeStimmungsgeräte in jede der Adsorptionssäulen 1, 2 und 3 untergebracht· In jeder Säule ist eines der Nachweisgeräte in dem Adsorbens in der Säule in einer Stellung nahe des Luftauslasses in einem geeigneten Zwischenraum von dem Einlaßende angebracht, während ein anderes Nachweisgerät in dem Adsorbens in der Stellung nahe dem Auslaßende der Säule angeordnet ist. Durch Verwendung eines solchen Systems für den Nachweis der Sauerstoffkonzentration werden die folgen-Vorteile erhalten:

Dies wird an der Säule 1 erläutert werden. Wenn das Sauerstoffnachweisgerät nahe dem Gasauslaßende der Säule 1 mit einem geeigneten Ab.stand, wie vorstehend schon erläutert, angeordnet ist, kann die Anlage so eingerichtet werden, daß wenn die Adsorption in der Adsorptionssäule 1 (dem ersten Zyklus in Tabelle 1) nahe dem Ende zugeht und gerade bevor der Durchbruchpunkt des Stickstoffs durch das Gasauslaßende der Säule 1 erreicht ist, das Nachweisgerät in der Säule 1 nahe zum Auslaßende und damit bereits im Durchbruchspunkt angeordnet wird. Deshalb zeigt das Nachweisgerät einen äußerst bemerkenswerten Wechsel in der Sauerstoffkonzentration zu dieser Zeit an und deshalb,

|l selbst wenn ein billiges Nachweisgerät mit einer ungenügenden Empfindlichkeit benutzt wird, kann die Umschaltzeit flor die Adsorptionsanlage schnell und genau bestimmt werden. Durch die Anzeige des Nachweisgerätes wird der erste Zyklus der Anlage zum zweiten Zyklus gemäß Tabelle 1 umgeschaltet, wobei das Absperrorgan 17 geschlossen worden ist und das Absperrorgan 20 geöffnet worden ist. Der Gasstrom tritt durch die Säule 6 in die Adsorptionssäule 2 ein. In dem Augenblick, wenn der Durchbruchspunkt durch den Gasauslaß der Säule 1 tritt, während des zweiten Zyfclusses und das Gas fast die Zusammensetzung wie Luft besitzt, beginnt es durch die Säule 6 in die Säule 2 einzutreten. Das Nachweisgerät kann so aufgestellt sein, daß es sich in dem Durchbruchspunkt des Stickstoffs zu der Zeit

" befindet, wenn das Nachweisgerät nahe dem Einlaßende der Säule 2 in einem zugehörigen Abstand sich befindet. Daher kann, wie bereits früher ausgeführt, mittels des Nachwöisgerätes die ^stauschzeit sehr schnell und genau bestimmt werden» Durch die Anzeige dos Nachwoisgerätes wird der zweite Zyklus zu dem dritten Zyklus gemäß Tabelle 1 umgeschaltet«

Die bevorzugte Ausführungsform dieser kcfindung wurde vorstehend für den Fall erläutert, daß zwei Nachweisgeräte in der Nähe des Auslasses der Säule 1 und in der Nähe des Lufteinlaßendes der Säule 2, angebracht sind. Jedoch, kann auch in dieser ^rt in ähnlicher ^eise die Anordnung auf andere

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- 23 Adsorptionsanlagen oder Säulen übertragen werden.

Wie vorstehend schon ausführlich auseinandergesetzt, kann durch die Verwendung der Dreisäulenanlage, wie in Figur 2 darge* stellt und wenn geeignete Nachweisgeräte richtig in den Adsorptionssäulen angebracht sind, hochreiner Sauerstoff erhalten werden, falls gewünscht vollkommen automatisiert, mit einer hohen Ausbeute aus gewöhnlicher Luft, ohne daß die vorerwähnten verschiedenen Nachteile auftreten» wie dies bei der Benutzung von Einsäulenanlagen oder SSweisäulenanlagen der Fall ist. .,.'"■.-.-. ■ . - ' ■-■ ■

Die Vorzüge der vorliegenden Erfindung wurden unter Bezugnahme auf die in Figur 1 und Figur 2 gezeigten Adsorptionsanlagen erläutert und ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, der bisher niemals in herkömmlichen Adsorptionsanlagen zur !Trennung von Sauerstoff oder Stickstoff aus Luft erholten werden konnte, wird durch das Schließen der Absperrorgane 6 und 6· in Figur 1 und der Absperrorgane 24, 26, 28, 30, 32 und gemäß Figur 2 erhalten, wenn ä®s Arbeitsablauf in der Anlage beendet ist«

Der Vorteil kann auf den ersten Blick nicht als so bedeutend erkannt werden, aber tatsächlich ist er für die Praxis sehr wichtig. Dies ist der Fall, wenn die Stellungen der Absperrorgane während des Arbeitern der Adsorptionsanlage die gleichen sind,wie diese vorstehend schon erwähnt wurden« Bs sei nun ein Fall angenommen, daß das Arbeiten der Adsorptionsanlage eine zeitlang gestoppt werden muß aus irgend einem Grund, zum Beispiel Stromausfall· In einem solchen Falle sind die Absperrorgane$ die die Anlage nach außen verbinden (Absperrorgane 5, 8 und 9 in Figur 1 und Absperrorgane 11 bis 22 in Figur 2) alle geschlossen. Aber es konnte bestätigt werden, daß dies noch ungenügend ist. Dies ist der Fall, wenn das Arbeiten der Anlage in einer solchen Arbeitsstellung gestoppt

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wird, wenn die Stickstoffadsorptionssäule mit der Vorbehandlungssäule durch die Absperrorgane 6 oder 6¹ in Figur 1 und die Absperrorgane 24, 26 j 28, JO, 52 oder J4 in Figur 2 verbunden sind· Jedoch wie vorstehend ausgeführt, enthält die Vorbehandlungssäule allmählich während des Arbeitens angesammelte Feuchtigkeit und Kohlendioxyd, während die Stickstoffadsorptionssäule keine solchen Verunreinigungen enthält. Aus diesem Grunde j wenn das Arbeiten der Adsorptionsanlage für einen längeren Zeitabschnitt in einer solchen Arbeitsstellung gestoppt wird, treten Feuchtigkeit und Kohlendioxyd, die an dem Adsorptionsmittel in der Vorbehandlungssäule adsorbiert * sind, in die Stickstoffadsorptionssäule ein bis der Partialdruck von diesen dann in der Adsorptionssäule gleich wird wie der in der Vorbehandlungssäule, wodurch das Adsorption»- vermögen des Adsorbens in der Stickstoffadeorptionssäule herabgesetzt wird. Jedoch, wenn die Absperrorgane, die die Stickstoffadsorptionssäulen mit den Vorbehandlungssäulen verbinden, alle geschlossen sind, wenn das Arbeiten der Anlage gestoppt ist, wird der vorerwähnte Nachteil sicher vermieden werden·

Wie schon früher ausgeführt, kann in dem Sauerstoffanreiche.-rungsverfahren durch Adsorption gemäß der vorliegenden Erfindung ein Adsorbens in die Stickstoffadsorptionssäule gefüllt Ψ werden, welches ein hohes selektives Adsorptionsvermögen für Stickstoff besitzt. In die Vorbehandlüngssäule wird ein Adsorbens, welches befähigt ist Feuchtigkeit und Kohlendioxyd aus der Luft zu adsorbieren, eingefüllt. Ale Adiorbentlen, welche In die Stickstof fadsorptionssäule eingeführt worden können, können 5 A und 13 X verwendet werden, die eine Art von synthetischen Zeolithen darstellen. Als Adsorbens, welches in der Vorbehandlungssäule verwendbar ist, wird gewöhnlich ein synthetischer Zeolith, Aluminiumhydroxyd und Silikagel verwendet;

+ Molekularsiebe

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- 25 - : , ■ " ■ ■. _: ^: ' .■;■■

Jedoch der Erfinder hat gefunden, daß durch die Verwendung der nachfolgend beschriebenen Materialien als Adsorbens_t Sauerstoff mit höherer Reinheit und einer hohen Ausbeute erhalten werden kann.

Ss werden vorzugsweise die Adsorbentien durch Vermählen auf eine geeignete Korngröße eines natürlich vorkommenden anorganischen Materials, welches aus einem Tuff besteht und als Hauptbestandteile SiO^, Al₂O, und'Wasser enthält und 1 bis 10 Gew,# Oxyde der Alkalimetalle und alkalische Erdalkalimetalle aufweist und gleichzeitig die Röntgenstrahlenbeugungskennziffern, wie in Tabelle 2 oder Tabelle 3 gezeigt, besitzt, benutzt* Danach #ird das gemahleoa Material einer Dehydratisierungsbehandlung durch Erhitzen auf 350 - 700° C, insbesondere 400. bis 650° C unterworfen.

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Tabelle 2

Gitterabstand	i	Intensität	Gitterabstand	± 0,03	Intensität
	i ⁰^	10 1/I₀		+■ 0,03	10 1/I₀
13,9	+ 0,1	2	3,23	+ 0,03	6
9,1	+ 0,1	4 -	3,10	+ 0,03	0-1
6,6	+ 0,1	4	2,90	± 0\|03	3
6,5	± 0,1	2	2,85	+ 0,03	0-2
6.1	+ 0,05	2	2,71	+ 0,03	1
5,03	+ 0,05	2	2,58	+ 0,03	1
4,55	+ 0,10	2	2,53	+ 0,03	2
4,30	■+ 0,10	0-5	2,49	+ 0,03	0-4 *
4,26	+ 0,10	0-2	2,47	+ 0,03	0-3
4,08	+ 0.10	0-4	2,45	+ 0,03	0-2
4,05	+ 0,05 ·	0-6	2,04	+ 0,02	2
4,01	+ 0,03	7	1,96	+ 0,02	1
3,85	+ 0,10	2	1,88	+ 0,02	1
3,81	+ 0,05	0-4	1,82	+ ⁰I⁰²	1
3,77	+ 0,03	1	1,82	+ 0,02	0-2
3,48	+ 0,03	10	1,79		1
3,40	+ 0,10	5	1,53	1
3,35	0-8

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Tabelle 3

Gitterabstand	,10	± 0,1	Intensität	Gitterabstand	+ 0,03	Intensität
	i99	± 0,1	10 1/I₀		+ 0,03	10 1/I₀- -
9	,82	±0,1	■ ■ ?	3,18	+ 0,03	4
7	,85	+ O₄ 08	4	3,15	+ 0,03	4
6	,29	± 0,08	2	2,99	+ 0,03	0-1
5	^2	± 0,05	5	2,98	+ 0,03	4
5	,67	±0,05	2	2,89	+ 0,03	4
5	,30	+ 0,10	3	2,85	±* 0,03	0-2
4	,26	+ 0,10	2	2,81	+ 0,02	3
4	,08	± ⁰^o	0-5	2,74	+ 0,03	1
4	,05	± 0,10	0-2	2,53	+ 0,03 .	2
4	,98	± 0,05	0-4	2,49	± 0,02	0-4
4	,85	± o, 05	0-6	2,47	+ 0,03	0-3
3	,81	± 0,10	10	2,46	+ 0,02	2
3	,77	+ 0,05	2	2,45	+ 0,02	0-2
3	,47	± 0,03	0-4	2,02	+ 0,02	0*5
3	,34	± 0,10	2	1,95	± 0,02	0j05
3	,35	±0,03	7	1,87	± 0,02	0,5
3	,22	± 0,03	0-8	1,81		0-2
3		5	1,72	0,5
3

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Das anorganische Material mit den Röntgenstrahlenbeugungskennziffern, die in Tabelle 2 wiedergegeben sind, kommt hauptsächlich im Tohokubezirk und im Chugokubezirk in Japan vor, während das anorganische Material mit Röntgenstrahlenbeugungskennziffern gemäß Tabelle 3 hauptsächlich im Tohokubezirk und ia hyushubezirk in Japan vorkommen.

Das vorstehend genannte Adsorbens kann in einfachster Weise hergestellt werden, da man als Rohmaterial das Gestein verwendet, welches in der Natur in großen Mengen vorkommt. Man kann eine große Menge des Adsorbens zu viel niedrigeren Kosten erhalten, als dies bei den teuren synthetischen Zeolithen und auch bei den anderen herkömmlichen Adsorbentien wie Silikagel und Aluminiumhydroxyd der Fall ist. Auch ist das Adsorptionsvermögen des Adsorbens für Stickstoff im allgemeinen größer als die der Molekularsiebe 5 A mit dem höchsten Adsorptionsvermögen unter den synthetischen Zeolithen bei der gleichen Temperatur und beim gleichen Druck. Besonders das Adsorptionsvermögen des Adsorbens, welches aus dem Tuff mit den Röntgenstrahlenbeugungskennziffern erhalten wird, die in Tabelle 2 gezeigt werden, hat sich mehr als 2,5 mal größer erwiesen als die der Molekularsiebt». 5 A· Noch mehr wurde durch Versuche bestätigt, daß der Trennungsfaktor, der durch Dividieren des Gleichgewichtsverhältnisses des Stickstoffs zum Sauerstoff in dem Adsorbens durch das Verhältnis in dem Gas erhalten wird, etwa 2,5 in den herkömmlichen synthetischen Adsorbentien beträgt. Von einigen Adsorbentien, die aus den natürlich vorkommenden, vorstehend beschriebenen, anorganischen Materialien hergestellt wurden, wurden Werte von 5 erreicht.

Weiter wird das AdsorptionsverntÖgen der vorstehend genannten herkömmlichen Adsorbentien bedeutend herabgesetzt durch die Adsorption von Feuchtigkeit oder Kohlendioxyd und deshalb ist es erforderlich bei der Verwendung eines derartigen Adsorbens, Luft zu verwenden, die keine Feuchtigkeit und kein Kohlendioxyd enthält.

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Andererseits besitzen die vorerwähnten Spezialadsorbentien, die aus dem genannten Tuffgestein hergestellt worden sind, ein sehr hohes Aufnahmevermögen für Feuchtigkeit und Kohlendioxid, So konnte durch Versuche nachgewiesen werden, daß der Taupunkt von gewöhnlicher Luft, die durch eine geeignete Schichtlänge des Adsorbens geleitet wurde, unter -70° C liegt und keine Spur an Kohlendioxyd in der Luft beobachtet wurde« Außerdem zeigte sich, wenn der Wassergehalt des Adsorbens höher als 6 Gevr.% betrug, daß das Adsorbens immer noch genügend Adsorptionsvermögen zur Adsorption von Feuchtigkeit und Kohlendioxyd besaß. Demgemäß sind die vorstehend speziellen Adsorbentien geeignet als Adsorbens zur Füllung in der Stickstoffadsorptionssäule und auch für die Vorbehandlungssäule „

So kann durch die Verwendung der neuen Adsorbentien dieser Erfindung die*Menge des Sauerstoffs, die in einem Adsorptionsarbeitsgang gewonnen werden kann, erhöht werden und der Sauerstoff besitzt eine hohe Reinheit, wodurch die Auslegung und Größe der ganzen Vorrichtung herabgesetzt wird. Das neue Absorbens hat den großen Vorteil, sehr billig zu sein« Ausserdem werden die Konstruktionskosten der Sauerstoffanreicherungsanlage bemerkenswert herabgesetzt.

Die praktische Ausführung der Erfindung soll nun in den folgenden Beispielen erläutert werden?

Beispiel 1

Es wurde die in der Figur 1 abgebildete Anlage verwendet. Die Säule 1 hatte 5 cm Innendurchmesser und eine Länge von 95 cm. Jede der Vorbehandlungssäulen 2 und J hatten Innendurchmesser ■von 5 cm und waren 10 cm lang» Als Adsorbens wurde eine Art Tuff verwendet, der im Chugokubezirk vorkommt» Die Zusammensetzung des Tuffs betrug 69,86 Gew.$ SiO₂, 11_s70 Gew_s# Al₂O,, 1,76 'Gew.# Fe₂O₅, 1,72 Gew_o# CaO, 2_$9^ Gew.$ Ha₂O, 1,79 Gew.# K₂O, 10j76 Gew„$ H₂O, eine Spur MgO und die Röntgenstrahlen-

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bad

beugungsdiagrammkennziffern waren praktisch die- gleichen wie diese in der Tabelle 2 wiedergegeben sind. Der Tuff wurde gemahlen bis'auf eine Korngröße von 1,6 bis 3,3 mm Durchmesser. Die Teilchen wurden eine Stunde auf 600° C erhitzt unter Zuströmen ausreichender Mengen Luft« Dann wurde unter Abschluß auf Raumtemperatur abgekühlt, um ein Adsorbens zu erhalten. Dieses wurde in jede Säule gefüllt. Wenn die Gewichte der gefüllten Säulen nach dem Durchleiten von trockener Luft in ausreichender Menge bestimmt wurden, betrug das Gewicht der Adsorptionssäule 1 15OO.O g und die Gewichte der Vorbehandlungssäulen 2 und 3 betrugen 160,1 g beziehungsweise 162,0 g* Dann wurde die Anlage unter den folgenden Bedingungen betrieben, wobei die Adsorptionssäule 1 und die Vorbehandlungssäule 2 benutzt wurden, während die Absperrorgane 6¹ und 7^l für die Vorbehandlungssäule 3 geschlossen sind.

Das Desorptionsverfahren wurde durch Evakuieren der Anlage mittels einer Vakuumpumpe durchgeführt bis der Druck in den Säulen 80 mm 3g betrug« Dann wurde In der Rückführungsstufe das Absperrorgan 8 geschlossen, das Absperrorgan 5 wurde geöffnet und trockener reiner Sauerstoff wurde in die Säulen eingeführt bis der Druck in den Säulen ?60 mm Hg betrug. Das Volumen des bis dahin eingeleiteten Sauerstoffs betrug 6,8 Liter. In der nachfolgenden Adsorptionsstufe wurde das Absperrorgan 9 geöffnet und gewöhnliche Luft wurde durch die Zuleitung 14 zu der Säule 2 und der Säule 1 eingeführt mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 6,5 Liter/Min. Die eingeführte Luft enthielt 12,7 g Feuchtigkeit und 0,55 g Kohlen dioxyd pro einem nr der Luft. Die Kurve zeigt die Beziehung der Konzentration des Sauerstoffs in dem Gas am Auslaßende der Säule 1 und die Menge des Gases, welches durch den Gasauslaß während des Adsorptionsvorganges strömte..Sie wurde in Figur 3 durch die fortlaufende Linie dargestellt. In der graphischen Darstellung ist die Menge des Gases der Achse der Abszisse durch Liter und die Konzentration des Stickstoffs in dem Gas ist in der vertikalen Achse als Volumenprozent

9 0 9 8 3 3/1227 _BA$ ORIGINAL

angegeben.

Wenn die eingeführte Luftmenge 16 Liter erreichte j betrug die Konzentration des Stickstoffs in dem Gas an dem Gasauslaßende der Säule1 20$, bei welcher der Adsorptionsvorgang gestoppt wurde und auf die Desorptionsstufe umgeschaltet wurde. Jedoch wurde in diesem FaIXe Sauerstoff in der Rückführungsstufe von dem zweiten Zyklus verwendet, welcher ein sauerstoffreiches Gas liefert, welches von der vorhergehenden Adsorptionsstufe erhalten wurde.

Wie die Höhean zugeführter Luft erhöht wurde, erhöhte sich { das Gewicht der Säule 1 absatzweise, aber der Taupunkt des Gases des in die Säule 2 eingeleiteten Gases aus der Säule lag bei -65° C bis -?O° C und kein Kohlendioxyd konnte darin beobachtet werden. Jedoch, wenn die Totalmenge an eingeführter Luft 20 Hr erreichte_t wurde eine Spur CO^ in dem Gas am Auslaßende der Säule 2 beobachtet· Zu diesem Punkt betrug das Gewicht des Adsorbens in der Säule 1 1500,0 g und das Gewicht des Adsorbens in der Säule 166,1 g. Danach wurde die. Verwendung der Säule 2 gestoppt und während die Säule 3 als Vorbehandlungssäule benutzt wurde, wurden die vorstehenden Verfahrensstufen wiederholt*

Das Adsorbens in der Säule 2 wurde für eine Stunde auf 600° erhitzt, während gewöhnliche Luft eingeleitet wurde· Danach ließ man auf Raumtemperatur unter Abschluß abkühlen und einsetzte die Innenseite der Säule ausreichend mit trockener Luft, Das Gewicht des Adsorbens betrug 160,0 g#

Ebenso, wenn die Totalmenge der eingeführten Luft 20 nr erreichte, erhielt die Säule 3 den gleichen Zustand wie in der Säule 2 und deshalb betrug das Gewicht des darin befindlichen Adsorbens 162 _r1 g, wenn die Regeneration durchgeführt wurde, + Danach wurden diese Verfahren wiederholt,

909833/ I 22?

181790Λ

So wurde die Wiedergewinnung des Sauerstoffs aus der gewöhnlichen Luft während des Nachweises des Durchbruchspunktes des Kohlendioxyds in den Vorbehandlungssaulea und Wiederholung der Verwendung und Regeneration der Vorbehandlungssäulen 2 und 3 wiederholt, aber das Gewicht des Adsorbens in der Säule 1 war nicht erhöht und ebenso das Adsorptionsvermögen für Stickstoff war nicht herabgesetzt,

Beispiel 2

DaS gleiche Verfahren wie im Beispiel ^ wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß die Rückführungsstufe mit Sauerstoff weggelassen wurde, Für den Fall ist die Durchbruchskurve am Gasauslaßende der Säule 1 während des Arbeitens in der Figur 3 durch eine unterbrochene Linie dargestellt. Die Gesamtmenge der Luft, die bis zum Durchbruchspunkt des Kohlendioxyds.in der Vorbehandlungssäule eingeleitet wurde, betrug 2,5 nr.

Beispiel 3

Es wurden die gleichen Säulen 2 und 3 wie im Beispiel 1 und das gleiche Adsorbens verwendet, jedoch nur die Adsorptionsstufe wurde unter Normaldruck ausgeführt. Außerdem wurde im vorliegenden Beispiel die Säule 1 weggelassen. Gewöhnliche Luft wurde kontinuierlich durch die Säule 2 geleitet, um die gereinigte Luft abzuziehen. Wenn Spuren an Kohlendioxyd in der Säule erschienen, wurde das Adsorptionsverfahren von der Säule 2 zu der Säule 3 umgeschaltet. In diesem Falle betrug die Gesamtmenge an gewöhnlicher Luft 0,24 m , die in der Säule bis zum Durchbruchspunkt des Kohlendioxyds behandelt worden war. Mit anderen Worten, die Entfernung der Feuchtigkeit des Kohlendioxyds aus der Luft war unmöglich bei Benutzung der Säule 2 oder 3 ohne Regeneration durch Erhitzen der Öäule, nachdem 0,24 wP gewöhnliche Luft durchgeströmt waren· Wenn die gereinigte Luft benötigt wurde, war es unbedingt erforderlich, das Adsorbens durch Erhitzen nach jedem Durchgang von 0,24 nr gewöhnlicher Luft zu regenerieren,

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. - 33 -

Beispiel 4-

Die Anlage, die in der Figur 2 dargestellt ist, wurde verwendet. Die Abmessungen der Adsorptionssäulen und der Vorbehandlungssäulen und die Art und die Menge des in die Säulen eingefüllten Adsorbens waren die gleichen wie die im Beispiel 1 verwendeten. Die ^dsorptionsstufe wurde bei 1,5 Atm. ( absolut) und die Desorptionsstufe wurde bei 0,19 Atm. durchgeführt. Ebenso wurde Sauerstoff für die Rückführungsstufe zuerst von einer Sauerstoffquelle geliefert, aber nach dem zweiten Zyklus wurde das sauerstoffreiche Gas benutzt:, welches durch das Adsorptionsverfahren erhalten wurde. Gewöhnliche Luft wurde kontinuierlich in die Anlage mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 10 Liter bei Normal. Atm,/Min eingeleitet.

Als Nachweisgerät zur Bestimmung des Durchbruchspunktes v/urde ein im Handel' erhältliches Sauerstoffanalysengerät verwendet. Sechs solche Analysengeräte wurden in die drei Adsorptionssäulen 1, 2 und 3 eingeleitet. Dies wurde durchgeführt, indem empfindliche Kühler von zwei Analysengeräten in jede .der Adsorptionssäulen, die 94 cm lang sind, in einer Entfernung von 23 cm vom Enlaßende und vom Auslaßende der entsprechenden Säule angebracht wurden. Jedes dieser Nachwei'sgeräte wurde so aufgestellt, daß wenn die Konzentration an Sauerstoff unter 30 % absank, die Anlage auf den nachfolgenden Zyklus umgeschaltet wurde. Die Adsorptionsstufen wurden durchgeführt unter automatischem Umschalten der Absperrorgane 11 bis 22, wie dies in der Ausführungsforra gemäß Figur 2 unter Bezugnahme auf Tabelle 1 zu erfolgen hat* Die Absperrorgane 23 - 34-wurden durch Hand betätigt. Die Betätigung der Absperrorgane erfolgte wie im Beispiel 1 durch Bestimmung des Burehbruchpunktes für.Ko^lendioxyd an den Auslaßenden der Vbrbehanälungssäulen*

tr* I

■ζ

V/enn 40 nr gewöhnlicher Luft mit einem Gehalt an 12,0 £

■z

Feuchtigkeit und 0,55 S Kohlendioxyd pro nr in das Adsorptionsverfahren eingeführt waren, wurde das Vorhandensein von kleinen Mengen COo am Gasauslaß der Vorbehandlungssäule nachgewiesen.

Wenn die Herstellung eines sauerstoffreichen Gases mit einem Gehalt von 80$ Oo mit einer Geschwindigkeit von etwa 1,5 Liter/ Min. fortgesetzt wurde unter Benutzung der vorstehend beschriebenen Anlage für einen langen Zeitraum von 4000 Stunden, wurde keine Herabsetzung im Msorptionsvermogen der Adsorbentien in den Adsorptionssäulen beobachtet.

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Claims

Patentansprüche:

1.) Verfahren zur Herstellungvon hochreinem Sauerstoff aus. gewöhnlicher Luft, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hauptverfahrensstufe durch Wiederholen einer Desorption^stufe durch Evakuieren einer mit einem Adsorbens mit höherem AdsorptionsverraÖgen für Stickstoff als für Sauerstoff gefüllten Stickstoffadsorptionssäule und einer Vorbehandlungssäule mit einer Füllung aus einem Adsorbens mit größe> rem Adsorptionsvermögen für Feuchtigkeit und Kohlendioxyd in Luft als für Sauerstoff und Stickstoff, die in Serie mittels eines Absperrorganes mit der Stickstoffadsorptionssäule durch einen Auslaß der Vorbehandlungssäule entgegengesetzt zu der Seite verbunden ist, die die Vorbehandlungssäule mit der Stickstoffadsorptionssäule verbindet, wodurch im wesentlichen der größere Teil der in der Stickstoffadsorptionssäule desorbierten Gase durch die Vorbehandlungssäule abgesaugt wird und eine Adsorptionsstufe der Vorbehandlungssäule in der genannten Desorptionsstufe und gleichzeitig hochreiner Sauerstoff von dem Ende der Stickstoffadsorptionssäule rückgewonnen wird entgegengesetzt zu der Seite, die verbunden mit der Vorbehandlungssäule und der Zweigstufe zur Regenerierung der liorbehandlungssäule durch Erhitzen ist, wenn mindestens eine der Komponenten, bestehend aus Feuchtigkeit und Kohlendioxyd in der gewöhnlichen Luft, die in die Vorbehandlungssäule in der Adsorptionsstufe der genannten Hauptstufe eintritt und dabei die Seite der Vorbehandlungssäule der genannten Hauptstufe erreicht, die mit der Stickstoffadsorptionssäule verbunden ist, ausgeführt wird.

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2») Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückführungsstufe angewendet wird durch Einführen eines Gases, welches mehr als eine bestimmte Sauerstoffkonzentration aufweist, von dem Ende der Stickstoffadsorptionssäule entgegengesetzt zu der Seite, die mit der Vorbehandlungssäule verbunden ist, in die Stickstoffadsorptionssäule und dann in die Vorbehandlungssäule bis der Druck in beiden Säulen nahezu den gleichen Druck in der nachfolgenden Stufe erreicht hat.

3·) Verfahren naeh Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß P ein oder zwei Vorbehandlungssäulen eingesetzt werden und daß von der einen dieser Vorbehandlungssäulen auf die andere Vorbehandlungssäule der Gasstrom umgeschaltet wird, wenn entweder Feuchtigkeit oder Kohlendioxyd in dem Gas am Auslaß der Vorbehandlungssäule erscheint und zwar an der Seite;,. die mit der Stickstof f adsorptionssäule in der Adsorptionsstufe verbunden ist und daraufhin die Füllung der abgeschalteten Vorbehandlungssäule durch Erhitzen regeneriert wird.

4-.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Adsorbens ein natürliches mi»- neralisches Tuffmaterial, das hauptsächlich aus SiO₂, Al₂O^r und H₂O zusammengesetzt ist und etwa 1-10 |3ew_t# der Oxyde der Alkalimetalle und Erdalkalimetalle enthält und das Röntgenstrahlenbeugungsbild gemäß Tabelle 2 oder gemäß Tabelle 3 besitzt, einsetzt.

5.) Verfahren nach Anspruch 4_f dadurch gekennzeichnet, daß man als Adsorbens das Tuff material in gemahlener und dehydratisierter Form, welche durch Erhitzen'auf 350 --700⁰C, bevorzugt 400 - 650° C erhalten worden ist, einsetzt.

6.) Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsstufen automatisch

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.durch die Steuerung der Absperrorgane gesteuert werden und zur automatischen Steuerung der Temperaturwechsel des Adsorbens, der durch den Wechsel der Adsorptionswärme verursacht wird, erfolgt,

7.) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Stickstoffadsorptionssäule (1) zur Abtrennung des Sauerstoffs und zwei Vorbehandlungs-Adsorptionssäulen (2 und 3) zum Entfernen von Feuchtigkeit und Kohlendioxyd enthält, wobei jede Säule \ (1, 2 und 3) mit. einem Adsorbens gefüllt ist und die Vorbehandlungssäulen (2 und 3) mxt Erhitzungsvorrichtungen (M-₁ 4^!) ausgerüstet sind und die Säulen (1, 2 und 3) untereinander durch Rohrleitungen (13 > 14-) über Absperrorgane (5, 6f 6¹, 7, 7 S 8 und 9) absperrbar verbunden sind und die Säule (2) die Absperrorgane (10 und 11) und die Säule (3) die Absperrorgane (10' und 11') besitzt.

8.) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6_S dadurch gekennzeichnet, daß drei Stickstoffadsorptionssäulen (1, 2 und 3) und sechs Vorbehandlungssäulen (M-_f 5» 6, 7, 8 und 9) angeordnet sind, wobei jede Vorbehandlungssäule mit einer Erhitzungsvorrichtung ausgestattet ist sowie einem Trockengasdruckkonstanterhalter (10) _? der mi"t[ den drei Stickstoffadsorptionssäulen (1, 2 und 3) durch die Ab« sperrorgane (17» 18 und 19) und die Produktabzugsleitung (37) "verbunden ist, sowie Absperrvorrichtungen (11 bis 22) für jede Desorptions-, Rückführungs- und Adsorpijionsstufe, sowie Absperrorgane (23 bis 3^-) für die Regenerationsstufe der Vorbehandlungssäule (4- bis 9) ο

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