172738. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés oxigéndús gáz előállítására levegőből
3 1/2/3» 4 A találmány célja a maradék gázban levő oxigén mennyiségének csökkentése, a kihozatal növelése az oszlophossz növelése nélkül. Felismertük, hogy egyrészt a koncentrációfront élessége növelhető, ha a frontot egymás után következő, az oxigéndús oldal felé csökkenő nyomású szakaszok sorában alakítjuk ki, másrészt az effektiv oszlophossz növelésében egyenértékű hatás érhető el a koncentrációfrontnak zárt láncot alkotó szakaszok során át körfolyamatban való keringtetésével. A szakasz itt az adszorbens töltet egy részét jelenti. E szakaszok sorbakapcsolásával zárt láncot alakítunk ki. Az egyes szakaszokban arra kell törekedni, hogy minél jobban megközelítsük az egyensúlyt a gáztér és az adszorbens által megkötött elegy között, olyan módon, hogy lehetőleg egyetlen szakaszon belül is legyen térbeli koncentráció-különbség. Ennek érdekében a keveredést a lehető legkisebbre kell korlátozni. A szakaszok kialakulását különböző módon lehet elérni, legegyszerűbben az adszorbens töltet hidrodinamikai ellenállása segítségével, de megvalósítható a szakaszok kialakítása a szakaszok között alkalmazott fojtás, ill. elzáró szerkezet révén is. A szakaszok számát adott adszorbens és hidrodinamikai viszonyok esetén az elérni kívánt termékkoncentráció határozza meg. A koncentrációfront keringtetése a szakaszok zárt láncán át történik. Bizonyos számú sorbakapcsolt szakasz egy adszorber egységet alkot, az adszorber egységek ugyancsak zárt láncot alkotnak. Ezek az adszorber egységek meghatározott mechanikai szerkezetekkel (pl. szelep, csap, fojtás stb.) vannak szétválasztva. Az egységeken belüli szakaszok esetében általában elegendő a szorbenságy hidrodinamikai ellenállása, de az egységek közötti átvezetéseknek olyanoknak kell lenniök, hogy az egységek gáztartalma a fellépő nyomáskülönbségek mellett se keveredhessék vissza. Az adszorberegységek közötti átvezetéseknél a be- és kilépő koncentrációfrontoknak, habár minden egységnél időben eltoltak ugyan, de azonosaknak kell lenniök. A gázokat a megadott irányban gáz-hozzávezetéssel és elvezetéssel létrehozott nyomáskülönbséggel továbbítjuk, amely úgy áll elő, hogy a vezetékekben alkalmazott elzárószerkezeteket vezérlés segítségével nyitjuk és zárjuk. A vezérlő berendezés működését a mért nyomások, koncentrációk, vagy időprogram, vagy ezek kombinációja alapján irányítjuk. A zárt láncban sorbakapcsolt adszorber-egységeket alkalmazó körfolyamatos nyomáslengetéses adszorpciós eljárás jellemzője, hogy a nyomás növelésekor élesednek a frontok, a nyomás csökkenésekor pedig ellaposodnak. Ez a frontpár zárt láncban körben kering a ciklikusan változtatott nyomáskülönbségek hatására Az optimális effektiv oszlophossz kialakítására bizonyos számú szakaszt zárt láncban kell összekapcsolni. Az oszlophossz ilyen értelemben azonban nincs korlátozva. Adott oszlophosszon belül tetszőleges számú, célszerűen elhelyezett elválasztó szerkezetet alkalmazhatunk. Üzemindításkor kialakul az eljárás alapelvként említett állandósult frontsorozat a láncban, a koncentrációviszonyok ettől kezdve a nyomásviszonyoktól és a betáplálás és elvétel áramainak nagyságától függenek. A találmány szerinti eljárás lényege tehát, hogy a megfelelő nyomások közbeiktatásával több szakaszra osztott adszorberegységet nyomás alatt oxigénben dúsított gázárammal részben, majd levegővel teljesen feltöltjük oly módon, hogy a feltöltődés a szakaszokban egymás után következzék be. Ezután az adszorberegységből először kilépő oxigénben dús terméket tartalmazó frakciót első termékként expandáltatjuk. Ezt követően a maradék gázból a belépő koncentrációfronttal azonos, csökkenő oxigéntartalmú koncentrációfrontot oly módon expandáltatjuk, hogy a szakaszok ürítése egymás után következzék be a gáztér csökkenő oxigéntartalma sorrendjében. Végül a maradék gázt az előbbihez hasonlóan, de ellenáramban elvezetjük. A műveletsort ciklikusan ismételjük. Az eljárást legalább két, előnyösen három zári láncban sorbakapcsolt adszorber-egységben valósítjuk meg. A csökkenő oxigéntartalmú koncentrációfrontot, vagyis a kevert gázt körfolyamatban keringtetjük az adszorber-egységek zárt láncában. Az adszorberegységekből kilépő különböző frakciók elvételének kezdeti, ill. befejezési időpontját valamely üzemi paraméterének - pl. a nyomás, vagy a koncentráció - mért értéke függvényében, ill. időprogram szerint vezéreljük. A találmány szerinti berendezés lényege, hogy egynél több, 0,01—0,2 ata/fm nyomásesést előidéző adszorbenssel töltött adszorber-egységből áll. Az adszorber-egységek mindegyikének elzáró szervekkel ellátott összekapcsoló sűrített levegő bevezető, légkörbe torkolló és vákuumszivattyúhoz csatlakozó csőcsonkja van a bemeneti oldalon, valamint a következő egységhez vezető, összekapcsoló csőcsonkja és elzáró szerkezettel ellátott termékkivezető csőcsonkja van a kimeneti oldalon. Egyes elzáró szervek elhagyhatók, ill. egyes csőcsonkok közösithetők. A berendezés előnyös kiviteli alakja három adszorber-egységből áll, melyek célszerűen oszlop alakúak ezeknek közös sűrített levegőt bevezető, vákuumozó, légkörbe torkolló és végül a terméket gyűjtő körvezetéke van. A találmány szerinti adszorber-egység, valamint egységlánc foganatosítását egy-egy példa útján ismertetjük. A III/1. ábra egy adszorber-egységet, a m/2. ábra egy három adszorber-egységből álló berendezés kapcsolását, a III/3. ábra egy adszorber-egység nyomás-idő diagramját mutatja. 1. példa (III/1. ábra) A 11 adszorber-egység n számú a, b,...n szakaszból áll. Az egyes szakaszokat egymástól a’, b’, —, (n-1)’ jelképes átvezetések választják el, ezeket az átvezetéseket képezhetik fojtások, szelepek, de képezheti azokat az adszorbens-ágy áramlási ellenállása. Az adszorber-egységeket csővezeték kapcsolja össze oly módon, hogy a 11 adszorber-egység az előzőhöz a 12 elzáró szerven át csatlakozó cső5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
