188675. lajstromszámú szabadalom • Eljárás a levegőből nitrogéngáz főtermék és oxigéndús melléktermék kinyerésére
1 188 675 A találmány tárgya eljárás levegőből legalább 99 tf% tisztaságú nitrogén főtermék és oxigéndús melléktermék kinyerésére nitrogént erősebben megkötő adszorpcióval, a termékek recirkuláltatásával, egy vagy ennél több párhuzamos, de fázisban eltolt ciklusban, ciklikus nyomás- g változtatásos módszerrel. Nitrogén kinyerésére levegőből több olyan eljárás ismeretes, amely nitrogénre szelektív, azt erősebben megkötő adszorbenst alkalmaz. Egy ismert atmoszférikus eljárás (US 4.013.429 és DE 2.615.951 ljsz. szabadalmi jq leírás) esetében a levegőt előbb a nitrogénnel erősebben megkötődő komponensektől előtisztítóban megtisztítják, majd négy, páronként párhuzamosan, de fáziseltolásban működő adszorber oszlopban a nitrogént az oxigéntől a következő műveleti lépésekből álló műveleti ciklus- jg ban választják el: levegő betáplálás — nitrogén öblítés (kétszer) — evakuálás (négyszer) - oxigén öblítés — levegő betáplálás ... Az egymás után következő műveleti lépéseket időprogram vezérli. Mivel a gázbevitelek és -kivétek nem egyide- 20 jűleg és nem összehangolt nyomáson történnek, a kétféle termék és egy közbenső frakció tárolására három változtatható befogadóképességű tárolótartály, valamint recirkulációs kompresszor szükséges. Az eljárás hátránya — az adszorbens elválasztási té- 2g nyezőjének meg nem határozott, de túlzottnak látszó követelménye mellett - abban van, hogy állandó nyomású (atmoszférikus) öblítéseket alkalmaz. A kis nyomás következeiében nagy térfogatú adszorber oszlopokat és változtatható térfogatú tároló tartályokat, továbbá a túl- gg nyomásos recirkulációhoz külön kompresszort igényel. Emiatt az eljárás megvalósítása nagy beruházási és üzemeltetési költséggel jár. Ismert továbbá eljárás gázelegy komponenseinek szétválasztására (DE 2.258.299 ljsz. szabadalmi leírás), 3g amely időprogrammal vezérelt, változó nyomású töltést és lefuvatást, valamint állandó nyomású öblítést megvalósító ciklus lefolytatásán alapul. Ennek az eljárásnak hátránya, hogy ciklusonként egy lépésben állandó adszorpciós nyomást kell tartani, ami különleges, gyorsműködésű nyomásszabályozó készüléket igényel. Mindkét idézett eljárás jellemzője az állandó értéken tartott nyomáson végrehajtott öblítés, amely burkoltan igen magas követelményeket támaszt az adszorpció szelektivitását és anyagátviteli folyamatainak gyorsaságát 4g illetően, valamint az öblítési anyagáramok beszabályozására szolgáló szerelvények tekintetében. Ezek az eljárások az üzemi körülmények megváltozásához nem képesek alkalmazkodni. A találmány célja olyan eljárás kidolgozása, amely 50 legalább 99 tf% tisztaságú nitrogéngáz és 85 tf% tisztaságú oxigéngáz termék előállítását teszi lehetővé a különböző illetve változó üzemi követelményekhez alkalmazkodó műveleti lépésekben. A találmány azon a felismerésen alapul, hogy a tisz- 55 tán nyomásváltoztatással, adott nyomásokkal vezérelt műveleti lépésekben, a termékek részleges recirkulációjának önmagában ismert alkalmazása és ezen túlmenően a levegő oxigéntartalmának többszöri elvétele mellett megvalósítható eljárás a mindenkori műszaki, gazdasági gg és üzemi feltételek szerint variálhatóvá válik két, három vagy négy párhuzamos adszorpciós műveleti lépés szükség szerinti alkalmazásával, amely így energiatakarékos üzemvitelt eredményez. A' találmány szerinti eljárás lényege, hogy - szükség szerint — a levegőből a nitrogénnel erősebben megkötődő szennyezéseket előtisztítással eltávolítjuk és — a tisztított levegő nitrogéntartalmának adszorbeálásával előbb oxigénben dús terméket, majd ezt követően oxigén tartalmú közbenső terméket vezetünk el a levegőáranunal azonos alapirányban; — az előző, vagy egy másik párhuzamos ciklusból származó, nitrogéntartalmú közbenső terméket alapírányban a ciklusba recirkuláltatunk és ezt követően a maradék oxigéntartalmú hulladékgázt alapirányban eltávolítjuk; — az előző, vagy egy másik párhuzamos ciklusból származó nitrogén végterméket alapirányban a ciklusba recirkuláltatunk és alapirányú deszorpcióval nitrogéntartalmú közbenső terméket, majd ellenirányban tiszta nitrogén végterméket vezetünk el; — végül ellenirányban oxigéndús végterméket és ezt követően az előző, vagy egy másik párhuzamos ciklusból származó, oxigéntartalrnú közbenső terméket vezetünk alapirányban a ciklusba. A nitrogéntartalmú illetve az oxigéntartalmú közbenső termékeket adott esetben a recirkuláltatásig tartályban tároljuk. Két vagy több párhuzamos műveleti lépés két-két ciklusának egyikében a nitrogén- illetve az oxigéntartalmú közbenső termék elvételének és másikában e közbenső termék recirkuláltatásának műveleti lépéseit egyidejűleg és a két ciklus között átvezetve végezzük. Az egyidejűleg végzendő műveleti lépések egyidejűségét egyes műveleti lépések időtartamával és a párhuzamos ciklusok fáziseltolásával valósítjuk meg. A találmány szerinti eljárás példaképpeni foganatosítási módjait az alapeljárás, valamint a két, három illetve négy párhuzamos adszorpciós műveleti lépés alkalmazása esetére ismertetjük. A mellékelt rajzokon az 1. ábra az egy adszorpciós ciklusos alapeljárás, a 2. ábra a két párhuzamos adszorpciós ciklusos, a 3. ábra a három párhuzamos adszorpciós ciklusos, a 4. ábra a négy párhuzamos adszorpciós ciklusos eljárás folyamatábráját ábrázolja. 1. példa Az egy adszorpciós ciklusos alapeljárás folyamatábráját az 1. ábra mutatja. A környezeti levegőt az 1 levegőszelepen a 2 légsűrítő szívja be és az E előtisztítón, valamint a 3 levegőszelepen át az A adszorber oszlopba nyomja be, amelyen a levegő alapirányban, vagyis alulról-felfelé áramlik át. Az A adszorber oszlopból felül kilépő, oxigénben dús végterméket a 4 oxigénszelepen át az 5 oxigéntartályba vezetjük, ahonnan az a 6 oxigénszelepen át vehető ki. A 4 oxigénszelep lezárása után az oxigénben dús közbenső terméket a 7 oxigénszelepen át a közbenső 8 oxigéntartályba vezetjük. A 7 oxigénszelep lezárása után az előző ciklusban nitrogénben dús közbenső termékkel feltöltött közbenső 11 nitrogéntartályból a recirkulációs 12 nitrogénszelepen át nitrogénben dús közbenső terméket recirkuláltatunk az A adszorber oszlopba. A 12 nitrogénszelep lezárása után az A adszorber,oszlopból a maradék oxigéngázt a 13 lefuvatószelepen át lefúvatjuk és a 13 lefuvatószelepet lezárjuk. Ezt követően az előző ciklusban nitrogénben dús végtermékkel feltöltött 16 nitrogéntartályból és 17 nitrogén szelepen át nitrogéngázt recirkuláltatunk az A adszorber oszlopba. 2
