DE1265724B - Process for the enrichment of oxygen in air - Google Patents
Process for the enrichment of oxygen in airInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. α.:Int. α .:
COIbCOIb
Deutsche KL: 12 i-13/02German KL: 12 i-13/02
Nummer: 1265 724Number: 1265 724
Aktenzeichen: F 33107IV a/12 iFile number: F 33107IV a / 12 i
Anmeldetag: 1. Februar 1961 Filing date: February 1, 1961
Auslegetag: 11. April 1968Open date: April 11, 1968
Zur Gewinnung von Sauerstoff wird heute vorwiegend die Destillation verflüssigter atmosphärischer Luft angewandt. Dieses Verfahren dient zur Erzeugung von Sauerstoff und Stickstoff in weitgehend reinem Zustand. Wird für die Durchführung eines Prozesses ein Gas benötigt, das gegenüber der atmosphärischen Luft nur eine gewisse Anreicherung des Sauerstoffgehaltes aufweist, wie bei neueren Verfahren der Eisenhüttenindustrie oder bei Oxydationsprozessen der chemischen Industrie, so pflegt man gewöhnliehe Luft mit entsprechenden- Mengen destillierten Sauerstoffs zu vermischen.Today, the distillation of liquefied atmospheres is mainly used to obtain oxygen Air applied. This process is used to produce oxygen and nitrogen in large part pure state. Is a gas required to carry out a process that is opposite to the atmospheric? Air has only a certain enrichment of the oxygen content, as in newer processes in the iron and steel industry or, in the case of oxidation processes, in the chemical industry, that is the usual practice Mix air with appropriate amounts of distilled oxygen.
Bekannt ist auch die Gewinnung von Sauerstoff bei der Elektrolyse wäßriger Lösungen als Nebenprodukt. Wegen des hohen Energiebedarfs ist dieses Verfahren an die Durchführung elektrolytischer Prozesse zur Gewinnung anderer Produkte gebunden, und der dabei anfallende Sauerstoff kann häufig wegen der hohen Transportkosten des komprimierten Gases nicht wirtschaftlich verwertet werden.The production of oxygen as a by-product in the electrolysis of aqueous solutions is also known. Because of the high energy requirement, this process is used to carry out electrolytic processes Obtaining other products bound, and the resulting oxygen can often because of high transport costs of the compressed gas cannot be used economically.
Weiterhin sind auch Verfahren bekannt, unter Verwendung von Sauerstoffverbindungen des Bleis, Mangans, Bariums und anderer Elemente auf rein chemischem Wege Sauerstoff herzustellen. So vereinigt sich z.B. Bariumoxid bei 500 bis 6000C mit dem Sauerstoff der atmosphärischen Luft zu Bariumperoxid, das bei 800° C unter vermindertem Druck in Sauerstoff und Bariumoxid zurückverwandelt wird. Diese Verfahren haben wegen des hohen Wärmebedarfs keine industrielle Bedeutung mehr.Furthermore, methods are also known for producing oxygen in a purely chemical way using oxygen compounds of lead, manganese, barium and other elements. Thus, for example barium oxide combined at 500 to 600 0 C with the oxygen of the atmospheric air to barium peroxide, which is converted back at 800 ° C under reduced pressure in oxygen and barium oxide. Because of the high heat demand, these processes are no longer of industrial importance.
Es hat auch nicht an Versuchen gefehlt, verschiedene isotherm verlaufende physikalische Vorgänge für eine partielle Zerlegung der atmosphärischen Luft heranzuziehen. So hat man hierfür die Separation im Schwerefeld von Gaszentrifugen, die Diffusion durch Membranen, die Absorption in wäßrigen Lösungen und anderen Flüssigkeiten und schließlich die Adsorption an oberflächenaktiven Stoffen angewendet. Nach der britischen Patentschrift 365 092 werden z.B. Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff und andere Gase an Kieselgel adsorbiert, worauf man durch fraktioniertes Desorbieren geringfügige Trenneffekte erzielt. Das Verfahren arbeitet jedoch mit 20 bis 120 Atmosphären Überdruck und ist deshalb unwirtschaftlich.There has also been no lack of attempts, different ones Use isothermal physical processes for a partial decomposition of the atmospheric air. So you have the separation in the gravitational field of gas centrifuges, the diffusion through Membranes, absorption in aqueous solutions and other liquids, and finally adsorption applied to surfactants. For example, according to British patent specification 365 092 Oxygen, nitrogen, hydrogen and other gases are adsorbed on silica gel, which is followed by fractionated Desorb minor separation effects achieved. However, the process works with 20 to 120 atmospheres Overpressure and is therefore uneconomical.
Schon sehr früh wurde die Fähigkeit kristalliner Zeolithe entdeckt, Moleküle in Abhängigkeit von ihrer Molekülgröße und -form unterschiedlich zu adsorbieren. Die Bezeichnung Molekülsieb für diese speziellen Silicate findet sich zum erstenmal in der Literaturstelle Kolloid Z., 40 (1926), S. 4.The ability of crystalline zeolites to transform molecules in dependence on adsorb their molecular size and shape differently. The term molecular sieve for this special silicates can be found for the first time in the reference Kolloid Z., 40 (1926), p. 4.
Erst nach den Arbeiten von Barrer, z. B.
Quarterly Reviews, III (1949), S. 293 bis 330, wendet Verfahren zur Anreicherung
des Sauerstoffs in LuftOnly after the work of Barrer, z. B. Quarterly Reviews, III (1949), pp. 293-330, employs methods of enrichment
of oxygen in air
Anmelder:Applicant:
Farbenfabriken Bayer Aktiengesellschaft,
5090 LeverkusenPaint factories Bayer Aktiengesellschaft,
5090 Leverkusen
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Dr. Gerhard Heinze, 5072 SchildgenDr. Gerhard Heinze, 5072 Schildgen
sich jedoch die Technik in zunehmendem Maße dieser speziellen Eigenschaft der Zeolith zu. So wird in der USA.-Patentschrift 2 882 243 beschrieben, daß ein Molekularsieb vom Typ Na-Zeolith A bei —196° C 24,8 Gewichtsprozent Sauerstoff, aber nur Spuren Stickstoff adsorbiert. Bei —78° C beträgt die Beladung mit Sauerstoff unter vergleichbaren Bedingungen nur 4,8 Gewichtsprozent, dagegen mit Stickstoff 10,6 Gewichtsprozent. Eine technische Nutzung dieser bei tiefen Temperaturen auftretenden Effekte scheidet wegen des erforderlichen Kühlungsaufwandes aus. Gemäß der USA.-Patentschrift 2 843 219 kann mit Zeolithen Stickstoff aus Erdgas abgetrennt werden. Das Verfahren wird vorzugsweise bei 0° C oder tieferen Temperaturen und bei Überdrücken von einigen Atmosphären durchgeführt. Die Regenerierung des beladenen Molekularsiebes erfolgt durch Erhitzen auf 100 bis 200°C. In der USA.-Patentschrift 2 944 627 wird ein adiabatisch verlaufender Adsorptionsprozeß zur Entfernung einer adsorbierbaren Komponente aus einem Gasstrom z.B. unter Verwendung von Molekularsieben beschrieben. In einem System von zwei mit Adsorbiermitteln gefüllten Behältern wird das Ausgangsgas unter einem konstanten Überdruck von einigen Atmosphären durch den einen in Adsorption geschalteten Behälter geleitet und von dem austretenden angereicherten Gas nur ein Teil dem Verbraucher zugeführt, während der andere, in seiner Menge ziemlich beträchtliche Teil auf Atmosphärendruck entspannt und zur Regenerierung des Adsorptionsmittels des zweiten Behälters verwendet wird und damit verlorengeht. Eine spezielle Anwendung dieses bekannten Verfahrens betrifft die Herstellung von O2-angereicherter Luft, wobei die Säulen mit Molekularsieben von den Porenweiten 5 Ä- oder 13 Ä-Einheiten gefüllt sind. Wird jedoch ein Molekularsieb mit der Porenweite von 4 Ä-Einheiten verwendet, so wird aus Luft kein sauerstoff- sondern ein stickstoffangereichertes Gas erhalten. Schließlich ist aus der französischen Patentschrift 1223 261 ein weiteres VerfahrenHowever, technology is increasingly focusing on this special property of zeolite. For example, US Pat. No. 2,882,243 describes that a molecular sieve of the Na zeolite A type adsorbs 24.8 percent by weight of oxygen at -196 ° C., but only traces of nitrogen. At -78 ° C, the loading with oxygen under comparable conditions is only 4.8 percent by weight, whereas with nitrogen it is 10.6 percent by weight. A technical use of these effects occurring at low temperatures is ruled out because of the required cooling effort. According to US Pat. No. 2,843,219, nitrogen can be separated from natural gas using zeolites. The process is preferably carried out at 0 ° C. or lower temperatures and at overpressures of a few atmospheres. The loaded molecular sieve is regenerated by heating to 100 to 200 ° C. US Pat. No. 2,944,627 describes an adiabatic adsorption process for removing an adsorbable component from a gas stream, for example using molecular sieves. In a system of two containers filled with adsorbents, the starting gas is passed under a constant overpressure of a few atmospheres through the one container connected to adsorption and only part of the enriched gas escaping is fed to the consumer, while the other part, which is quite considerable in its quantity is expanded to atmospheric pressure and used to regenerate the adsorbent of the second container and is thus lost. A special application of this known method relates to the production of O 2 -enriched air, the columns being filled with molecular sieves with pore sizes of 5 Å or 13 Å units. If, however, a molecular sieve with a pore size of 4 Å units is used, a nitrogen-enriched gas is not obtained from air. Finally, there is another method from French patent specification 1223 261
809 538/507809 538/507
zur Trennung von Sauerstoff und Stickstoff mit für die Durchführung des Verfahrens erforderlichen Molekularsieben bekannt. Bei diesem Verfahren wird Voraussetzungen. Ein solcher Zeolith wird z.B. aus sauerstoffreiches Gas durch Entspannen eines in der Zeolith A erhalten, wenn die negativ geladenen Gitter-Adsorptionssäule unter erhöhtem Druck eingeschlos- stellen des Alumosilicatgerüstes zu etwa zwei Dritteln senen Gases gewonnen. Die Regenerierung erfolgt 5 durch Ca- und zu einem Drittel durch Na-Ionen abdurch Evakuieren auf Drücke von 0,5 bis 1 Torr. Die gesättigt werden. . aufzuwendende Verdichtungsarbeit ist also sehr hoch. Für die Durchführung des Verfahrens wendet man Die obigen Ausführungen zeigen, daß die Trennung den Zeolith zweckmäßig in granulierter Form an und von Sauerstoff und Stickstoff mit Zeolithen grundsätz- füllt damit eine an den Enden mit Ein- und Auslaßlich möglich ist, ein wirtschaftliches Verfahren jedoeh io ventil versehene langgestreckte Adsorptionssäule. Der in hohem Maße vom speziellen Zeolith und vor allem Zeolith ist in der bei Molekularsieb-Zeolithen üblichen auch von den Verfahrensbedingungen abhängig ist. Weise durch Ausheizen von adsorbiertem Wasser zufor the separation of oxygen and nitrogen with necessary for the implementation of the process Molecular sieves known. In this procedure there is prerequisites. Such a zeolite is made from e.g. oxygen-rich gas obtained by expanding one in the zeolite A when the negatively charged lattice adsorption column about two thirds of the aluminosilicate framework is enclosed under increased pressure its gas. The regeneration takes place 5 through Ca ions and one third through Na ions Evacuate to pressures from 0.5 to 1 torr. Which are saturated. . Compression work to be expended is therefore very high. To carry out the procedure, turn The above statements show that the separation of the zeolite expediently in granulated form and of oxygen and nitrogen with zeolites basically filling one at the ends with inlet and outlet it is possible to use an economical process, however, with an elongated adsorption column provided with a valve. Of the to a large extent of the special zeolite and especially zeolite is common in molecular sieve zeolites also depends on the process conditions. Assign by heating adsorbed water
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein befreien. Vor der ersten Beladung wird die Säule auf Verfahren zur Anreicherung von Sauerstoff durch einem Druck von beispielsweise 100 Torr evakuiert, selektive Entfernung von Stickstoff aus atmosphäri- 15 Dann läßt man durch das Einlaßventil getrocknete scher Luft mit Molekularsieb-Zeolithen vom Typ A, Luft bis zum Druckausgleich eintreten und öffnet bei denen 30 bis 80% der negativ geladenen Gitter- danach auch das Auslaßventil, um getrocknete Luft stellen des Alumosilicatgerüstes durch Calcium bzw. von Atmosphärendruck durch die Säule strömen zu Strontium besetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß lassen« Der Zeolith sättigt sich dabei vorwiegend mit bei Temperatüren zwischen etwa —30 und +40° C 20 Stickstoff, so daß am Ende der Säule ein sauerstofffolgende periodisch wechselnde Arbeitsschritte mit reiches Gas ausströmt. Sobald nun die Sauerstoffeiner Zeitdauer von Minuten oder Bruchteilen von konzentration des austretenden Gases unter den ge-Minuten ablaufen: wünschten Betrag abgesunken ist, schließt man dasThe subject of the present invention is a liberate. Before the first loading, the column is opened Process for the enrichment of oxygen evacuated by a pressure of, for example, 100 Torr, selective removal of nitrogen from the atmosphere. Then dried through the inlet valve shear air with molecular sieve zeolites of type A, air enter until the pressure is equalized and opens in which 30 to 80% of the negatively charged grid- then also the exhaust valve to dry air provide the aluminosilicate framework by calcium or atmospheric pressure flowing through the column Strontium are occupied, characterized in that «The zeolite is mainly saturated with at temperatures between about -30 and + 40 ° C 20 nitrogen, so that at the end of the column an oxygen-following periodically changing work steps with rich gas flows out. As soon as the oxygen one Duration of minutes or fractions of the concentration of the exiting gas below the ge-minutes expire: the desired amount has decreased, you close that
x ., , , Λ, , , , . , „ ,.., . Auslaßventil und aktiviert den Zeolith von neuem x.,,, Λ,,,,. , ", ..,. Outlet valve and activates the zeolite again
a) Abpumpen des den Molekularsieb-Zeolith ent- durch Verbraden der Säule mit einer Vakuumpumpe haltenden Systems bis auf einen Druck von nicht mä Abpumpen des stickstoffreichen Adsorbates. Die weniger als 50 Torr (Regeneration), Einstellung der AdsorptionsgMchgewichte erfolgta) pumping of the molecular sieve zeolite corresponds Ver Braden through the column with a vacuum pump holding system to a pressure of not moderate pumping the nitrogen-free surfaces adsorbate. The less than 50 Torr (regeneration), adjustment of the AdsorptionsgMchgewichte takes place
b) Einstellen eines Druckes über den Molekularsieb- dabei so rasch, daß die Arbeitstakte des Überströmens Zeolith von etwa Atmosphärendruck durch Ein- und des Abpumpens in zügigem, nur Minuten oder strömen von getrockneter Luft und 30 Bruchteile von Minuten dauerndem Wechsel aufeinan-b) Setting a pressure over the molecular sieve so quickly that the work cycles of the overflow Zeolite of around atmospheric pressure by pumping in and pumping out quickly, just minutes or flow of dried air and 30 fractions of minutes alternating between
c) Gewinnung von sauerstoffreichem Gas durch Verfolgen können.c) Obtaining oxygen-rich gas by tracing.
' Überleiten von getrockneter Luft Über dem Mole- .In ejner 'jsdsnsa Ausführungsform des Verfahrens'Passing dried air over the mole-. In ner e 'j jsdsnsa embodiment of the method
kularsieb-Zeolith bei etwa konstantem Druck mit wird die f Sau_Ie ™* tompnnuwter Luft gefüllt undkularsieb-Zeolite at approximately constant pressure with the f Sau _ Ie ™ * tompnnuwter air is filled and
einer Strömungsgeschwindigkeit von 120 bis unter Aufrechterhaltung des höchstens einige Atmo-600 l/h, bezogen auf einen inneren Durchmesser 35 Sphären betragenden Überdruckes von Luft durch-a flow rate of 120 to while maintaining at most a few Atmo-600 l / h, based on an inner diameter of 35 spheres of excess pressure of air through
der Adsorptionssäule von 46 mm. f romt, wobei das austretende Gas wiederum ementhe adsorption column of 46 mm. flows, whereby the escaping gas emen in turn
höheren Sauerstoffgehalt aufweist als die eingepreßtehas a higher oxygen content than the injected one
Für das Verfahren sind nicht alle Molekularsiebe, Druckluft von der Zusammensetzung der atmosphäri-Not all molecular sieves, compressed air of the composition of the atmospheric
die bei gewöhnlicher Temperatur eine genügende sehen Luft, Nach Erschöpfung der Wirksamkeit der Adsorptionskapazität für permanente Gase wie O2 40 Säule wird der Zeplith durch Entspannen des in derwhich see sufficient air at ordinary temperature, After exhaustion of the effectiveness of the adsorption capacity for permanent gases such as O 2 40, the zeplith becomes by relaxing the in the column
oder N2 haben, geeignet. Es wurde nämlich die über- Säule eingeschlossenen Gases auf Normaldruck re-or N 2 are suitable. It was namely the over- column enclosed gas to normal pressure re-
raschende Beobachtung gemacht, daß solche Mole- generiert, wobei ein stickstoffreiches Gasgemisch ent·surprising observation made that such moles generated, with a nitrogen-rich gas mixture ent
kularsieb-Typen, bei denen dank einem entsprechend weicht. Diese Ausführungsform wird besonders- dannKular sieve types that give way thanks to one. This embodiment is particularly then
großen Porenradius die Adsorption von O8- und wirtschaftlich von Bedeutung sein, wenn das mit N2-Molekeln gleicherweise möglich ist, hinsichtlich 45 Sauerstoff angereicherte Gas ohnedies in komprimier-large pore radius the adsorption of O 8 - and of economic importance, if this is equally possible with N 2 molecules, gas enriched with oxygen in terms of 45 oxygen in any case in compressed
der Selektivität gegenüber beiden Molekelsorten bei ter Form benötigt wird,the selectivity towards both types of molecules is required for the form,
gewöhnlicher Temperatur große Unterschiede auf- Es ist auch eine Kombination der beiden Arbeitsweisen. Es läßt sich auch kein Zusammenhang zwi- weisen möglich, indem das Überströmen der afmosehen der auf die Gewichtseinheit oder 1 Mol bezo- sphärischen Luft unter Gewinnung von sauerstoff, genen Adsorptionskapazität für z.B. N2 und dem 50 reichem Gas bei Überdruck erfolgt, worauf man für Grad der selektiven Bevorzugung von N2 gegenüber die Regenerierung die Säule auf Normaldruck .entder Adsorption von O2 auffinden. Für eine Erklärung spannt und durch weiteres Abpumpen unterhalb dieser Erscheinungen reichen Überlegungen, die Atmosphärendruck eine noch höhere Aufnahmegewisse Unterschiede in den Radien oder anderen kapazität des Zeoliths für Stickstoff herstellt, mechanischen und elektrischen Eigenschaften der 55 Die nachfolgenden Beispiele dienen dazu, das O2- oder N2-Molekeln berücksichtigen, allein nicht Prinzip des Verfahrens näher zu erläutern und zu aus, da die von Substanz zu Substanz unterschiedlich zeigen, welche Sauerstoff konzentrationen unter den gefundene Selektivität eine spezifische Mitwirkung des verschiedenen Versuchsbedingungen erhalten werden Adsorptionsmittels beweist. können. Obwohl bestimmte Zeolithe, z.B. ein Sr=ZeO-Der obenerwähnte Na-Zeolith A ist ebenso wie ver- 60 lith A, noch bessere Trenneffekte geben, sind die schiedene Ionenaustauschprodukte des Zeoliths A, bei Beispiele so gewählt, daß sie mit einem im Handel denen Natrium z.B. durch Kalium oder Magnesium erhältlichen Zeolith, dem Ca-haltigen Zeolith A, ausersetzt ist, für die Durchführung des erfindungs- geführt werden können, gemäßen Verfahrens kaum geeignet, da mit diesen :There are large differences between the normal temperature - It is also a combination of the two working methods. There is also no connection between possible, in that the overflow of the air in the weight unit or 1 mole relative to spherical air takes place with the production of oxygen, the own adsorption capacity for, for example, N 2 and the gas rich in pressure, which is followed by for Degree of selective preference for N 2 over regeneration find the column at normal pressure or the adsorption of O 2. For an explanation, it is sufficient to consider that atmospheric pressure creates an even higher absorption certain differences in the radii or other capacities of the zeolite for nitrogen, mechanical and electrical properties of the 55 The following examples serve to describe the O 2 - or Take into account N 2 molecules, not just to explain the principle of the method in more detail and to make it out, since the adsorbent shows differently from substance to substance which oxygen concentrations are obtained under the selectivity found, a specific contribution to the various test conditions. can. Although certain zeolites, for example an Sr = ZeO — The above-mentioned Na zeolite A is just like different 60 lith A, give even better separation effects, the various ion exchange products of zeolite A are selected in the examples so that they can be compared with one commercially available Sodium, for example, zeolite obtainable by potassium or magnesium, the Ca-containing zeolite A, is replaced, can be carried out for the implementation of the invention, according to the method hardly suitable, since with these:
Molekularsieben nur unbedeutende Trenneffekte heob* 65 ■, Beispiel! achtet werden. Dagegen erfüllen Molekularsiebe vom Ein an den Enden mit Hähnen versehenes Glasrohr -Typ A, bei denen mindestens ein Teil der Natrium- yon 700 mm Länge und 46 mn lichter Weite (Raumionen durch Calcium oder Strontium ersetzt ist, die inhalt etwa-1,150 ml) war mit 800 g durch AusheizenMolecular sieves only insignificant separation effects heob * 65 ■, example! be respected. In contrast fulfill molecular sieves of the A at the ends with taps provided glass tube type A, in which at least a part of the sodium yon 700 mm length and 46 mn clear width (space ion by calcium or strontium is replaced, the content-about-1.150 ml) was with 800 g by baking out
von adsorbiertem Wasser befreitem Ca-beladenem MolekuJarsieb-Zeolith in Granalienform gefüllt. Bei Zimmertemperatur (20 bis 220C) wurde die Säule in drei Versuchen (a), (b), (c) bis auf einen Druck von (a) 380 Torr, (b) 190 Torr und (c) 95 Torr evakuiert, Dann wurde getrocknete tuft bis zum Druckausgleich eingelassen und weiter Luft bei Normaldruck von etwa 760 Torr mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 600 l/h durch die Säule geblasen. Von dem am Ende der Säule austretenden. Gas wurden jeweils das iq erste, zweite und dritte Liter getrennt aufgefangen, und der Sauerstoffgehalt durch Analyse ermittelt. Dabei wurden in Abhängigkeit von dem eingestellten Vakuum folgende CvGehalte gefunden:Ca-laden molecular sieve zeolite freed from adsorbed water filled in granule form. At room temperature (20 to 22 0 C) the column was evacuated in three experiments (a), (b), (c) to a pressure of (a) 380 Torr, (b) 190 Torr and (c) 95 Torr, Then dried tuft was let in until the pressure was equalized and further air was blown through the column at normal pressure of about 760 Torr at a flow rate of 600 l / h. From the one emerging at the end of the column. The first, second and third liters of gas were collected separately and the oxygen content was determined by analysis. The following Cv contents were found depending on the vacuum set:
Eingestellter DruckSet pressure
a) 380 Torra) 380 torr
b) 190 Torrb) 190 torr
c) 95 Torrc) 95 torr
VolumprozentVolume percentage
B ei spiel 3Eg game 3
Ein mit Ventilen versehenes Stahlrohr von den gleichen Abmessungen wie die in den Beispielen 1 und 2 verwendete Säule war ebenfalls mit 800 g granuliertem, mit Ca-beladenem Molekularsieb-Zeo-i lithA gefüllt. Bei Raumtemperatur (20 bis 22° C) wurde in zwei Versuchen (a) und (b) Druckluft bis zu einem: Überdruck von (a) 1 atü und (b) 3 atü einge^ preßt und die Säule bei konstant gehaltenem Druck von 120 l/h durchströmt. Die Regenerierung zwischen den einzelnen Versuchen erfolgte durch Entspannen auf Normaldruck, Die Analyse der ersten 61 des beim Durchströmen der Säule am Ende austretenden Gasgemisches ergab in Abhängigkeit vom eingestellten Überdruck folgende CvGehalte:A valved steel pipe from the the same dimensions as the column used in Examples 1 and 2 was also 800 g granulated, Ca-loaded molecular sieve Zeo-i lithA filled. At room temperature (20 to 22 ° C) was used in two experiments (a) and (b) compressed air up to a: Overpressure of (a) 1 atm and (b) 3 atm presses and flows through the column at a constant pressure of 120 l / h. The regeneration between the individual experiments were carried out by releasing the pressure to normal pressure, the analysis of the first 61 of the at Flowing through the column at the end of the exiting gas mixture resulted in a function of the set Overpressure the following Cv contents:
erstes Literfirst liter
23,9
35,1
51,223.9
35.1
51.2
zweites Litersecond liter
24,8 37,8 41,824.8 37.8 41.8
drittes Literthird liter
26,5 31,0 29,326.5 31.0 29.3
Eingestellter
DruckHired
pressure
Dieselbe Säule wie im Beispiel 1 wurde in einer mit as Wasser und Eisstiicken gefüllten Wanne auf 00C abgekühlt. Dann wurde wiederum wie im Beispiel 1 auf einen Druck von (a) 380 Torr, (b) 190 Torr und (c) 95 Torr abgepumpt, die Säule mit Luft von Normaldruck gefüllt und weiter von 6001 Luft pro Stunde durchströmt.The same column as in Example 1 was cooled in a chamber filled with water and as Eisstiicken bath to 0 0 C. Then again as in Example 1 to a pressure of (a) 380 Torr, (b) 190 Torr and (c) 95 Torr, the column was filled with air at normal pressure and 6001 air per hour continued to flow through it.
Die Analyse des ersten, zweiten und dritten Liters zeigt folgende O2-Gehalte an:The analysis of the first, second and third liters shows the following O 2 contents:
a) latüa) latü
b) 3 atüb) 3 atü
Volumprozent O2 Volume percent O 2
erstes und
zweites Literfirst and
second liter
23,42
30,023.42
30.0
drittes und
viertes Literthird and
fourth liter
23,4
31,623.4
31.6
fünftes und sechstes Literfifth and sixth liter
23,6
29,123.6
29.1
Eingestellter DruckSet pressure
Volumprozent O2 Volume percent O 2
a) 380 Torra) 380 torr
b) 190 Torrb) 190 torr
c) 95 Torrc) 95 torr
drittes Literthird liter
26,3 34,5 40,126.3 34.5 40.1
3535
40 Dieselbe Drucksäule wie im Beispiel 3 wurde in sechs Versuchen (a) bis (f) in gleicher Weise von Druckluft von Raumtemperatur (20 bis 220C) bei einem konstant gehaltenen Druck von (a), (c) und (e) 1 atü und (b), (d) und (f) 3 atü durchströmt. Für die Regenerierung wurde auf Normaldruck entspannt und durch Abpumpen zusätzlicher Gasmengen bis zu einem Druck von (a) und (b) 380 Torr, (c) und (d) 190 Torr, (e) und (f) 95 Torr eine erhöhte Aufnahmekapazität für Stickstoff geschaffen. Von dem beim Überströmen gewonnenen Gas wurden die ersten 71 analysiert. Die mit den verschiedenen Vakuum-Druck-Kombinationen erzielten CvGehalte waren folgende: 40 The same pressure column as in Example 3 was in six experiments (a) to (f) in the same way by compressed air at room temperature (20 to 22 0 C) with a constant pressure of (a), (c) and (e) 1 atü and (b), (d) and (f) 3 atü flows through. For regeneration, the pressure was released to normal pressure and by pumping out additional amounts of gas up to a pressure of (a) and (b) 380 Torr, (c) and (d) 190 Torr, (e) and (f) 95 Torr an increased capacity for Created nitrogen. The first 71 of the gas obtained during the overflow were analyzed. The Cv contents achieved with the various vacuum-pressure combinations were as follows:
Eingestellte DrückeSet pressures
erstes Liter zweites Literfirst liter second liter
Volumprozent O2 Volume percent O 2
viertes und
fünftes Literfourth and
fifth liter
drittes Literthird liter
sechstes und
siebentes Litersixth and
seventh liter
a) 1 atü/380 Torr 25,4a) 1 atm / 380 Torr 25.4
b) 3 atü/380 Torr 27,2b) 3 atm / 380 Torr 27.2
c) 1 atü/190 Torr 34,7c) 1 atm / 190 Torr 34.7
d) 3 atü/190 Torr 38,7d) 3 atm / 190 Torr 38.7
e) 1 atü/ 95 Torr 48,2e) 1 atm / 95 Torr 48.2
f) 3 atü/ 95 Torr 51,9f) 3 atm / 95 Torr 51.9
In diesem Beispiel wird die kontinuierliche Erzeugung von sauerstoffangereicherter Luft beschrieben.This example describes the continuous generation of oxygen-enriched air.
In einer Apparatur gemäß der Abbildung sind drei Adsorptionstürme von je 8 1 Inhalt (Innendurchmesser 94 mm, Höhe 1150 mm) mit dem gleichen Zeolith wie in den Beispielen 1 bis 4 gefüllt. Die Türme tragen je drei Magnetventile a, b und c (vgl. die Abbildung), welche von einer in ihrer Umlaufgeschwindigkeit regelbaren Schaltwalze gesteuert werden. Auf der Abgangsseite befinden sich Rückschlagventile, die sich beim Evakuieren der Türme schließen.In an apparatus according to the figure, three adsorption towers, each with a capacity of 8 liters (internal diameter 94 mm, height 1150 mm) are filled with the same zeolite as in Examples 1 to 4. The towers each carry three solenoid valves a, b and c (see the illustration), which are controlled by a switching drum that can be regulated in terms of its rotational speed. On the exit side there are check valves that close when the towers are evacuated.
Die zu trennende Luft fließt entlang dem stark ausgezogenen Weg. Sie tritt z.B. durch das Eintritts-27,4
33,0
39,2
46,4
50,2
54,0The air to be separated flows along the strongly drawn out path. It occurs, for example, through entry 27.4
33.0
39.2
46.4
50.2
54.0
26,8
34,0
37,5
44,5
41,8
48,826.8
34.0
37.5
44.5
41.8
48.8
28,2
33,9
31,4
37,2
30,4
37,628.2
33.9
31.4
37.2
30.4
37.6
25,0
29,7
24,3
29,8
23,7
29,125.0
29.7
24.3
29.8
23.7
29.1
ventil c des ersten Turmes ein und durchströmt ihn bei Normaldruck, während die Eintrittsventile c der beiden anderen Türme geschlossen bleiben. Nach einer vorgegebenen Schaltzeit, welche zwischen 5 und 30 Sekunden gewählt werden kann, schließt sich das Eintrittsventil des ersten und öffnet sich das des zweiten Turmes. Nach einem weiteren, gleich langen Zeitintervall wird die Luft durch die dritte Säule geleitet und danach wieder durch die erste. Während der beiden Schaltintervalle, in denen eine Säule nicht von Luft durchströmt wird, wird sie zuerst durch Öffnen eines der Ventile α mit der Vakuumpumpe verbunden und auf Drücke zwischen 0,05 und 0,2 ata evakuiert, wobei N2-reiches Gas an die Atmosphäre abgegeben wird.valve c of the first tower and flows through it at normal pressure, while the inlet valves c of the other two towers remain closed. After a specified switching time, which can be selected between 5 and 30 seconds, the inlet valve of the first tower closes and that of the second tower opens. After a further, equally long time interval, the air is passed through the third column and then again through the first. During the two switching intervals in which air does not flow through a column, it is first connected to the vacuum pump by opening one of the valves α and evacuated to pressures between 0.05 and 0.2 ata, with N 2 -rich gas being supplied to the Atmosphere is given off.
Im zweiten Schaltintervall läßt man durch das betreffende Ventil b getrocknete Luft bis zum Druckausgleich mit der Atmosphäre einströmen. Die Säule ist danach bereit, in dem darauffolgenden Arbeitstakt wieder als Trennsäule in den kontinuierlichen Luftstrom eingeschaltet zu werden.In the second switching interval, dried air is allowed to flow in through the relevant valve b until the pressure is equalized with the atmosphere. The column is then ready to be switched on again as a separation column in the continuous air flow in the following work cycle.
Der in der Schemazeichnung mit E bezeichnete Apparat ist eine Entspannungsmaschine, welche die beim Einströmen der Luft von Normaldruck in die evakuierten Türme vorhandene Druckdifferenz zur Energierückgewinnung nutzt. The device marked E in the schematic drawing is an expansion machine that uses the pressure difference that exists when air at normal pressure flows into the evacuated towers for energy recovery.
Bei den Versuchsreihen der folgenden Tabelle wurde die Aufeinanderfolge der Schaltimpulse jeweils auf 9, 12, 15 oder 18 Sekunden fest eingestellt. Die Durchsatzmenge wurde von 4 m3/h anfangend bis 10 m3/h gesteigert. Die Temperatur des Zeolithe betrug bei allen Versuchen 15 bis 17° C. Für die Ermittlung des durchschnittlichen O2-Gehaltes erstreckte sich die Probenahme über mehrere Minuten durch kontinuierliche Abzweigung eines kleinen Teilstromes und Auffangen zu einer Sammelprobe, welche dann gasanalytisch bestimmt wurde.In the test series in the following table, the sequence of switching pulses was set to 9, 12, 15 or 18 seconds in each case. The throughput was increased from 4 m 3 / h to 10 m 3 / h. The temperature of the zeolite was 15 to 17 ° C in all experiments. To determine the average O 2 content, the sampling extended over several minutes by continuously branching off a small partial flow and collecting it into a collective sample, which was then determined by gas analysis.
In; Abhängigkeit von der Schaltzeit und damit von dem während der Abpumpperiode erreichten Vakuum einerseits, andererseits von der übergeleiteten Luftmenge während der Arbeitsperiode wies das gewonnene Gas folgende Sauerstoffgehalte in Volumprozent auf:In ; Depending on the switching time and thus on the vacuum reached during the pumping period on the one hand, and on the other hand on the amount of air passed over during the working period, the gas obtained had the following oxygen content in percent by volume:
3030th
3535
—-
Die lineare Strömungsgeschwindigkeit (bezogen auf Leerraum) beim Überleiten über den Zeolith während der Arbeitsperiode betrug bei 4 m3 Durchsatz pro Stunde 16cm/sec und bei 10m3/h 40cm/sec. Sie Dauer eines vollständigen Arbeitszyklus betrug bei der kürzesten Schaltzeit 3 · 9 = 27 Sekunden, bei der längsten Schaltzeit 3 · 18 = 54 Sekunden.The linear flow rate (based on empty space) when passing over the zeolite during the working period was 16 cm / sec at 4 m 3 throughput per hour and 40 cm / sec at 10 m 3 / h. The duration of a complete working cycle was 3 · 9 = 27 seconds for the shortest switching time and 3 · 18 = 54 seconds for the longest switching time.
Claims (2)
Französische Patentschrift Nr. 1 223 261.Considered publications:
French Patent No. 1 223 261.
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