DE1946186A1

DE1946186A1 - Verfahren zur Trennung eines komplexen Gasgemisches

Info

Publication number: DE1946186A1
Application number: DE19691946186
Authority: DE
Inventors: Daniel Domine; Leon Hay
Original assignee: Air Liquide SA
Current assignee: Air Liquide SA
Priority date: 1968-09-27
Filing date: 1969-09-12
Publication date: 1970-04-16
Also published as: DE1946186B2; US3619984A; NL6914565A; CA945480A; FR1587758A

Description

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Trennung eines Gasgemisches das aus mehreren Bestandteilen zusammengesetzt ist, insbesondere die Trennung durch Adsorption eines komplexen Gasgemisches, das mehr als zwei Bestandteile enthält, vorzugsweise bei einer Temperatur, bei der die Isothermen der Bestandteile wenig von der Linearität abweichen. Unter Isotherme versteht man die Kurve, welche bei einer gegebenen Temperatur die je Masseeinheit des Adsorbens adsorbierte Gasmenge als Punktion des Druckes im Gleichgewicht darstellt. Man weiß nämlich, daß im ·

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Falle einer linearen Isotherme die Desorption durch. Drucksenkung erleichtert wird» Das Verfahren läßt sich jedoch, auf Grasgemische von Bestandteilen bei einer Temperatur anwenden, bei der die Isothermen nicht linear sind»

Es ist bekannt, daß binäre Gasgemische durch Adsorption mittels eines Adsorbens getrennt werden können, das in der Lage ist, bei einer gegebenen Temperatur vergleichbare, wenn auch verschiedene Mengen der Grasbestandteile jedoch mit einer genügend großen Geschwindigkeit im Verhältnis zur Diffusion des Gemisches in der Adsorbensmasse zu adsorbieren, wobei die Adsorbensmasse im wesentlichen bei derselben Temperatur durch alleinige Vakuumwirkung entgast werden kann.

So. wurde in der französischen Batentschrift 1 223 261 der Anmelderin ein Trennverfahren beschrieben, bei dem in einer ) das Adsorbens enthaltenden und unter Vakuum entgasten Kammer durch eine erste Zone dieser Kammer eine gegebene Gemisch— menge unter Druck bei der betreffenden Temperatur zugelassen und dann kurz nach Beendigung der Einlassung des Gemisches aus der Kammer durch eine, zweite Zone derselben, die von der ersten entfernt liegt, eine Gasfraktion abgezogen wird, . indem man so den Druok in der Kammer auf einen Mittelwert absenkt und anschließend aus dem Raum unter alleiniger Wirkung von Vakuum bei einer Temperatur nahe der Einlaßtemperatur eine Gaarestfraktlon abzieht, wobei diese ganzen Arbeitsgänge dann periodisch wiederholt werden können, indem :.. 009016/1553 man

in jeder Periode eine neue Menge des Gemisches in den Raum nach Vakuumextraktion der Grasrestfraktion von der vorhergehenden Periode einführt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform des Verfahrens nach der genannten französischen Patentschrift wird die erste aus der Kammer abgezogene Gasfraktion nach Maßgabe ihres Abzuges in eine zweite Kammer in derselben Weise wie in die erste derart eingelassen, daß die Drücke der beiden Kammern ausgeglichen sind, und dann wird nach Beendigung der zweiten Einlassung eine andere Gasfraktion ii^derselben Weise wie vorher aus der zweiten Kammer und aus der ersten Kammer vermittels der zweiten abgezogen, indem man so den Druck der beiden Kammern auf einen zweiten Mittelwert absenkt.

Mittels des in der genannten französischen Patentschrift beschriebenen Verfahrens ist es jedoch möglich, ein aus mehr als drei Bestandteilen bestehendes Gemisch zu trennen. Falls beisjfelsweise ein Gemisch aus drei Bestandteilen zusammengesetzt ist, kann man in folgender Weise' vorgehen: man trennt zunächst einen der Bestandteile von den beiden anderen nach dem Verfahren der genannten französischen Patentschrift, verdichtet dann wieder die so erhaltene binäre Mischung und «erlegt sie nach dem Verfahren dieser Patentschrift. Man arbeitet also mit aufeinanderfolgenden Trennungen« bei einer ersten Trennung trennt man einen Bestandteil von der Gesamtheit der beiden anderen und in einer zweiten

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Trennung trennt man das so erhaltene binäre Gemisch in seine beiden Bestandteile.

Das so durchgeführt Verfahren zur Trennung von aus mehreren Bestandteilen zusammengesetzten Gasgemischen erweist sich jedoch als langwierig, besonders im Falle von Gemischen aus einer großen Zahl von Bestandteilen. Es erfordert eine gewisse Anzahl von intermediären Verdichtungen,, die zur Verlängerung der Betriebsdauer beitragen, und erfordert außerdem intermediäre Kompress ions anlagen, die eine Erhöhung dea-Erstellungsprels.es- der Anlage mit^ich bringen.

Das Verfahren nach der Erfindung gestattet gewisse Mangel des vorstehenden Veifahrens zu beseitigen. Es gestattet in einer einzigen Stufe ein Gemisch aus mehreren Gasen zwecks Trennung zu fraktionieren,um nicht nur den am wenigsten adsorbierbaren Bestandteil in reinem Zustand, sondern auch einen oder mehrere der anderen Mischungsbestandteile in reinem oder stark angereichertem Zustand zu gewinnen. Es gestattet außerdem den Trennvorgang beträchtlich zu. beschleunigen, weil die intermediären Kompressionsstufen ausgeschaltet sind.

Die Erfindung hat ein Trennverfahren für ein aus mindestens drei Bestandteilen zusammengesetztes komplexes Gemisch zur Gewinnung vonmindestens drei dieser Bestandteile zum Gegenstande, bei dem eine gegebene Menge Druckgasgemisch bei gegebener Temperatur in mehrere aufeinanderfolgende Adsorptionszonen, d^ie unter Vakuum entgast sind, eingelassen,

die Einlassung des G_emisones dann abgeschaltet wird und eine oder gegebenenfalls mehrere G-asfrakt inen aus der ersten dieser Zonen auf einem oder mehreren Zwischenniveaus abgezogen werden,und dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Zonen,deren Anzahl um mindestens eine Einheit kleiner ist als die Anzahl der zu trennenden Bestandteile und die verschiedene zur selektiven Adsorption mindestens eines der Gasgemischbestandteile befähigte Adsorptionsmassen enthalten,anschließend voneinander getrennt werden, und man dann aus jeder dieser Zonen bei einer ,Temperatur nahe der Einlaßtemperatur und nahe der Frequenz-unter der alleinigen Vakuumwirkung die selektiv adsorbierten Restfraktionen extrahiert.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das aus mehreren Bestandteilen zusammengesetzte G-asgemisch in mehrere aufeinanderfolgende Zonen eingelassen, deren Anzahl um mindestens eine Einheit kleiner ist als die Bestanteile des G-emisohes.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das dem Einlaß entgegengesetzte Ende der letzten Zone während des Einlaßvorganges geschlossen,,

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird das Gasgemisch in die aufeinanderfolgenden Zonen eingeführt, bis sie den Einlaßdruok erreicht haben, und dann wird das Ende der letzten Zone, das dem Einlaß entgegengesetzt liegt, ge-

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öffnet, so daß die Einlassung dea Gasgemischea sich in dieaen Zonen fortsetzt» Diese Ausführungsform ist besonders in dem Jail anwendbar, wo das Gemisch zum Hauptanteil aua dem am wenigsten adsorbierbaren Bestandteil besteht„

Gamäß einer Ausfuhrungsform der Erfindung wird das aus mehreren Beatandteilen zusammengesetzte Gasgemisch in eine erste Zone eingelassen, dann wird die Einführung des Gemisches abgeschaltet und das andere Ende der ersten Zone in Beziehung mit einer zwei- Ψ ten gebracht, so daß eine Entspannung ohne Abzug durch Druckausgleich in den beiden Zonen erfolgt, worauf eine oder mehrere Gasfraktionen an dem der Einläßseite der zweiten Zone entgegengesetzten Ende derart abgezogen werden, daß der Druck dieser Zonen nacheinander auf ein oder mehrere Zwischenniveaus entspannt wird; dann werden die verschiedenen Zonen isoliert, und eine Restfraktion wird aus jeder Zone, vorzugsweise unter alleiniger Wirkung von Vakuum extrahiert <> . ■ \„:v

Nach einer anderen Ausführungsform ist die Anzahl.der auf- _:r einanderfolgenden Zonen höher als-zwei, und das Gasgemisch geht . von einer Zone zur anderen oder von einer Zonengruppe zu . einer anderen Zone oder Zonengruppe, nachdem vorher eine oder mehrere Entspannungen ohne Abzug erfolgten,,

Gemäß noch einer anderen Ausführungaform der Erfindung werden vor der Extraktion der Restfraktionen aus jeder Zone vorzugsweise unter Vakuumeinwirkung mehrere Fraktionen nacheinander aus der letzten Zone im Verlauf von aufeinanderfolgenden Ent-

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spannungen abgezogen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die aufeinanderfolgenden Zonen derart verbunden, daß sie eine einzige 2one "bilden, aua der mehrere Fraktionen im Verlauf aufeinanderfolgender Entspannungen abgezogen werden.

Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die aus jeder Zone extrahierten Restfraktionen identisch oder verschieden.

Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform sind die abgezogenen oder extrahierten Gasfraktionen aus reinen Bestandteilen und/ oder ein oder mehreren anderen Bestandteilen des Gemisches in stark angereichertem Zustand zusammengesetzt.

Sämtliche Arbeitsgänge können periodisch wiederholt werden, indem man in jeder Periode eine neue Menge des Gemisches in die aufeinanderfolgenden Zonen einführt, nachdem die Restfraktionen aus der vorhergehenden Periode extrahiert worden sind. Die aufeinanderfolgenden Zonen können dasselbe Adsorbens oder verschiedene Adsorbentien enthalten.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die vorgenannten Zonen vor dem Eintritt des Gasgemisches mit dem am wenigsten adsorbierten Gas gefüllt. Die Gegenwart dieses Gases dient dazu, einen zu raschen Fortschritt des in die Kolonne eintretenden Gases zu verhindern,und verbessert außerdem die. Trennung. Vorzugsweise wird dieses Gas von dem der Einlaß-

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stelle entgegengesetzten Ende der aufeinanderfolgenden Zonen eingeführt. ■ -

Gemäß einer anderen Aus führungs form dient ein Thermostat oder eine andere entsprechende Einrichtung zur Aufrechterhaltung der Temperatur auf einem geeigneten Wert.

Andere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der ^ nachstehenden ligurenbeSchreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen.

Die schematisch dargestellte Vorrichtung enthält zwei Kolonnen oder Kammern 3 und 5, deren jede als Adsorptionszone dienen,, Die Kammer 3 ist einerseits mit einer Einlaßleitung 1 und einem Einlaßhahn 2 und andererseits mit einem Hahn 4 ausgerüstet, der sie mit der Kammer 5 verbindet. Die Kammer 5 ist mit einem Dreiwegeabzugshahn 6 ausgerüstet, der sie mit den Gasometern. 7 und 7' verbindet. Außerdem sind die Kammern 3 und 5 mit Extraktionsleitungen 8 und 8' und Extraktionshähnen 9 und 9' versehen, welche de an Gasometer 11 und 11' über Vakuumpumpen 10 und 10' verbinden.

Natürlich ist die Vorrichtung nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkte Dem Fachmann sind verschiedene Abwandlungen je nach den vorgesehenen Verwendungszwecken erkennbar, ohne daß er vom Wesen der Erfindung abweicht. So ist es möglich, daß die Anlage eine Vielzahl von Adsorptionszonen, drei oder mehr als drei Abzugsgasometer oder Pumpsysteme auf-..-

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weist. Ebenso können zahlreiche Abwandlungen an der dargestellten Einridifcung vorgenommen werden. Eine solche besteht ZoB. darin, daß man die Extraktion gleichzeitig auf mehreren Niveaus aus den Adsorptionszonen vornimmt.

Die dargestellte Torrichtung kann nach verschiedenen Abwandlungen arbeiten. Die folgenden Beispiele erläutern bevorzugte Arbeitsweisen dieser Vorrichtung«,

BEISPIEL 1

Die Kammer 3 mit einem Volumen von 1 liter wird mit 516 g Aktivkohle A04 gefüllt, die von der amerikanischen Gesellschaft Barnebey & Cheney in den Handel gebracht wird» Die Kammer 5 mit einem Volumen von 2 Liter hat denselben Querschnitt wie die Kammer 3 und ist mit 1032 g der genannten Aktivkohle gefüllt.

Die dargestellte Vorrichtung wird zuerst auf ein Vakuum von 0,5 bis 1 mm Hg entgast und dann mit Wasserstoff von Luftdruck gefüllte Die enthaltene Wasserstoffmenge beträgt 3,75 Liter. Die Hähne 2 und 4 sind offengehalten^ und die Hähne 6, 9 und 9' sind geschlossene Dann führt man bei Umgebungstemperatur durch die Einlaßleitung 1 ein komplexes Gasgemisch von einem Druck von 30 bar effektiv ein, das aus 11$ CO₂ > 25 io CO und 64 $■ H₂ besteht, mit dem Ziel reinen Wasserstoff herzustellen und das Kohlenmonoxyd zurückzugewinnen. Die Einlassung wird fortgesetzt,bis der Druck in der dargestellten

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Vorrichtung etwa 30 bar effektiv erreicht.

Kurz nach Schließung des Hahnes 2 öffnet man den Abzugshahn 6, so daß man im Gasometer 7 eine aus 71,25 Liter Wasserstoff mit mindestens 20 vpm CO bestehende Gasfraktion auffängt. Die Dauer der Extraktion ist derart, daß der am Schluß dieses ersten Abzuges erzielte Druck 4,3 bar effektiv beträgt» Nachdem diese erste Entspannung erfolgt ist, nimmt man einen zweiten Abzug durch den Abzugshahn 6 in der Weise vor, daß man in dem Gasometer 7' eine aus 8,7 Liter Wasserstoff mit 15 i° Kohlenmonoxyd bestehende Gasfraktion auffängt» Die Dauer der Extraktion ist derart, daß der am Ende des zweiten Abzuges erzielte Druck 1,0 bar effektiv beträgt.

Dann schließt man die Hähne 4und 6 und öffnet die Hähne 9 und 9', um durch die Vakuumpumpe 10 und 10' die Gas restf reaktionen aus den Kammern 3 und 5 zu extrahieren. Auf diese Weise fängt _r man in dem Gasometer 11 etwa 21,5 Liter einer. Gasfraktion mit. 61 io COp und 37 $ CO auf, die aus der Kammer 3 über die . _; Leitung 8 kommt»Im Gasometer 11* fängt man 21,5 Liter einer Gasfraktion mit 95 ^ CO, 5 1° Wasserstoff und frei von CO_2;/auf* Das Gesamtvolumen der behandelten Mischung beträgt 119,2 Liter, wobei die zuvor eingeführten 3,75 Liter Hp abgezogen sind. Das Extraktionsverhältnis des Produktw.asserstoffes mit 20 vpm CO beträgt also 88,6 fo_a Das Kohlenmonoxyd wird mit einer Reinheit von 95 i° und einem Extraktionsverhältnis von 68,5 # gewonnen.

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BEISPIEL 2

Mari arbeitet unter denselben Bedingungen wie im Beispiel 1. Der Einlaßdruck beträgt jedoch 25 bar effektiv statt 30. Der infolge der ersten Entspannung erzielte Druck beträgt 1,2 bar effektiv (statt 4,3) und der bei der zweiten Entspannung erzielte beträgt 0,5 bar effektiv. Nach der ersten Entspannung fängt man im Gasometer 7 dann 67,25 Liter einer Gasfraktion von weniger als 20 vpm CO und im Gasometer 7' nach der zweiten Entspannung 2,0 Liter Wasserstoff mit 44 % CO auf₀ Im Gasometer 11 fängt man nach dem Pumpvorgang 18,00 Liter einer

Gasfraktion mit 62,5 1° C0_o und 36,5 # CO auf. Im Gasometer 11' man ^

fängynach dem Pumpvorgang 18,55 Liter CO mit 2,7 i° H₂ frei von COp auf.

Das behandelte Gesamtvolumen an Gemisch beträgt 102,10 Liter. Das Extraktionsverhältnis des Produktwasserstoffes mit 20 vpm CO beträgt also 97 $. Das Kohlenmonoxyd wird mit einer Reinheit von 97,3 $ und einem Extraktionsverhältnis von . 70,5 i» gewonnen.«

BEISPIEL 3

Man arbeitet unter denselben Bedingungen wie im Beispiel 1, jedoch beträgt der Einlaßdruck 15 bar effektiv ,und man setzt die Einlassung des Gasgemisches bei geschlossenen Hähnen 6, 9 und 9' und offenen Hähnen 2 und 4 fort, bis der Druck in der dargestellten Torrichtung 15 bar effektiv erreicht. Dann

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öffnet man den Abzugshahn 6 ohne die Einführung zu unterbrechen, so daß eine erste isobare Abziehung erfolgt. Auf diese Weise erhält man bei isobarer Arbeitsweise 43,65 Liter Wasserstoff, den man im Gasometer 11 auffängt.

Dann schließt man den Hahn 2 und nimmt eine zweite Entspannung vor, um einen Druck gleich 2,3 bar effektiv zu erreichen, worauf man eine zweite Entspannung vornimmt, um 0,73 bar effektiv zu erreichen. Die im Verlauf der ersten Entspannung erhaltene Gasfraktion wird im Gasometer-7 aufgefangen und vermischt mit den schon erhaltenen 43»65 Litern Wasserstoff. Der Gasometer 7 enthält dann 76,00 Liter Wasserstoff von weniger als 20 vpm CO. Die bei der zweiten Entspannung erhaltene Gasfraktion wird zum Gasometer 7' geleitet. Mail fängt so in diesem Gasometer.6,70 Liter Wasserstoff mit 39 $ CO auf.

Man schließt die Hähne 4 und 6 und öffnet die Hähne 9 und 9'. In den Gasometern 11 und 11' fängt man 20,20 Liter einer Gasfraktion mit 65 1o CO₂, 34 $ CJO und 1 j» H₂ bzw. 20,90 Liter einer Gasfraktion mit 98 $ CO und 2 $ H₂ auf, Das Gesamtvolumen des behandelten Gemisches beträgt 120,05 Liter. D_as Extraktionsverhältnis des Produktwasserstoffes mit 20vpm CO ist also 93,8 io. Das Kohlenmonoxyd wird mit einer Reinheit von 98 <fo und einem Extraktions verhältnis von 68 <?o gewonnen.

BEISPIEL 4 ' Ein Gasgemisch νοΐι folgender Zusammensetzung -

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H₂ = 63 1°
CO = 20,7 1°
CO₂ = 12 1ο

N₂ = 3,5-96

CH₄ = 0,8 1ο

wird in der dargestellten Vorrichtung behandelt,um reinen Wasserwasserstoff zu gewinnen und ebenfalls möglichst reines CO zurückzugewinnen. Die Untersuchung der Isothermen dieser Gase an verschiedenen Adsorbentien zeigt, daß die Rangordnung abnehmender Adsorption je nach den Adsorbentien/icht dieselbe ist. So ist bei Luftdruck und 20⁰C die Reihenfolge abnehmender Adsorption:

für Aktivkohle .· CO₂, CH₄, CO, N₂, H₂ für Kieselsäuregel : CO₂, CH₄, CO, Np, H₂ für Zeolithe : CO₃, CO, CH₄,N₂, H₂

Der Irennfaktor von Wasserstoff und Stickstoff, die unmittelbar aufeinander folgen,ist im allgemeinen hoch. Dies lässt ein ausgezeichnetes Extraktionsverhältnis dieser Bestandteile erwarten« Man sieht, daß Wasserstoff in der abgezogenen Phase als Folge der Entgasung dea Adsorbens so rein erhalten werden kann, wie man es will. Der Stickstoff kann aus den Beatandteilen, die ihm vorhergehen, durch Abziehen extrahiert werden, indem

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man die Entspannung nach der Gewinnung von reinem Wasserstoff verlängert. Diese zweite Entspannung liefert eine ■ an Stickstoff angereicherte Fraktion. CO₂ ist der am stärksten adsorbierte Bestandteil unabhängig von dem Adsorbens. Von der Wahl der Adsorbentien hängt der Reinheitsgrad der erhaltenen Fraktionen ab.

Die folgenden Tabellen geben beispielshalber die berechneten Werte der Trennfaktoren bei Umgebungsdruck und 20⁰C für verschiedene Bestandteile des Gemisches an verschiedenen Adsorbensarten an.

' '' TABELLE I

Kieselsäure gel (Totvolumen 0,85cm Vg-)	CH₄/H₂	CO₂/CH₄	ΟΗ,/σο	CH₄Zn₂	00/F₂	co/h_?	N₂Zh₂
Aktivkohle (Totvolumen 1,45 cm Vg)	3,8	6,4	1,31	1,86	1,42	2,9	2,05
14,4	2,09	2,07	2,84	1,37	6,97	5,1

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TABELLE II

cn cn co

Zeolith 5 A (Totvolumen 1,11 cm /g) (gehandelt von Union Carbide Corporation)	co₂/co	00/CH₄	,79	CH₄A₂	N₂A₂	σοΑ₂	,5 :	CH₄A₂	CO/H	2
Zeolith 13 X (Totvolumen 1,33 cm /g) (gehandelt von Linde)	3,15	1	,58	1,4	6,9	2	,4	9,65	17,	2 ι
Uatriummordenit (Totvolumen 0,85 cm/g)	4,7	1	,18	1,52	5,25	2	,65	8	12,	6 ;
2,23	1	T, 39	11,2	1	15,55	18,	5

_i vjn

Man sieht, daß für Aktivkohle ein bemerkenawerter Trennfaktor zwischen CH. und CO gegeben ist. CH. kann also angereichert in der ersten mit Aktivkohle gefüllten Kammer erhalten werden, die bei genauer Bemessung zuerst die an CO₂ und dann die an CH. angereicherte Fraktion enthalten wird. Das aus dieser . ersten Kammer austretende Gemisch, das zur zweiten Kammer geht, enthält theoretisch kein CO, N₂ und H₂ mehr_o

Wasserstoff und Stickstoff werden nacheinander durch zwei Ent- w spannungen extrahiert. CO wird in der zweiten Kammer absorbiert und damit konzentriert. Diese zweite Kammer kann entweder mit Kohlenstoff oder mit Zeolith gefüllt sein. Die Trennfaktoren des Gemisches CO,U₂ und H₂ liegen höher für Zeolithe als ür Aktivkohle, jedoch sind die Isothermen des CO wenigeylinear bei der vorgesehenen Temperatur an Zeolithen als an Aktivkohle, aber die Auspumpung von CO ist sehr leicht bei Aktivkohle und bleibt annehmbar bei Zeolithen, jedoch auf Kosten eines viel größeren Energieaufwandes für die Auspumpung.

Man arbeitet unter denselben Bedingungen wie im Beispiel 3, jedoch sind die beiden Kammern mit 516 g bzw« 1032 g Aktivkohle AC4 geliefert von Barnebey & Cheney gefüllt. Eine Abziehung von Hp erfolgt,während man das zu behandelnde Gemisch weiter einlässt, bevor die zwei aufeinander folgenden Entspanungen durchgeführt werden.

Im Gasometer 7 fängt man durch isobare Abziehung bei 15 ° effektiv

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47,40 liter Wasserstoff auf«, Nach der ersten Entspannung von 15 bar auf 4,4 bar effektiv enthält der Gasometer 7 dann 73,40 liter Wasserstoff von weniger als 0,1 io Verunreinigungen. Man nimmt eine zweite Entspannung von 4,4 bar auf 1,0 bar effektiv vor und fängt im Gasometer 7^! eine Gasfraktion auf, die 15,25 Liter Wasserstoff mit 14,2 & Stickstoff und 18,7 Kohlenmonoxyd enthält. Nach. Schließung der Hähne 4 und 6 fängt man durch Abpumpen in den Gasometern 11 und 11^r 22,07 liter einer Gasfraktion mit 68,8 $ 0O₂, 21,9 1° 00 und 4,55 1° OH₄ bzw. 22,05 liter einer Gasfraktion mit 86,5 ί° 00, 9,4 1<> U₂, 5,7 i° H₂ und 0,59 ^CH₄..

Das Gesamtvolumen an behandeltem Gemjaeh beträgt 127 liter_β Das Extraktionsverhältnis in der Kammer 5 ist 100 $ für CO₂ und 88 io für Methane Das Kohlenoxyd wird in der zweiten Kammer mit einem Extraktionsverhältnis von 72,2 $ "bei einer Reinheit von 86,5 io gewonnen. Der bei der zweiten Entspannung extrahierte Stickstoff stellt 42,5 io des gesamt behandelten Stickstoffs dar. Schließlich wird Wasserstoff mit einem Gehalt von weniger als 0,1 io Verunreinigungen und einem Extraktionsverhältnis von 87,6 io gewonnen.

BEISPIEL 5

In der dargestellten Vorrichtung behandelt man das Gasgemisch des Beispiels 4,bestehend aus OH₄, CO₂, CO, N₂ und H₂. Die■ Kammer 5 ist gefüllt mit 516 g Kohle A04 von Barnebey & Cheney. Die Kammer 5 ist gefüllt mit 1116 g Zeolith 15X in Granalien

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von 1,6 mm. Die Kolonnen werden zuvor durch Pumpen entgast, und dann mit 3,3 Liter Wasserstoff von Luftdruck gefüllt. Man arbeitet unter den isobaren Abzugsbedingungen des Beispiels 3, jedoch, bei einem Druck von 25 bar effektiv,

man

Im Gasometer 7 fängt'durch isobaren Abzug 4-1,6 Liter Wasserstoff auf. Nach der ersten Entspannung von 25 auf 4 bar effektiv enthält der Gasometer 7 dann 89,62 Liter Wasserstoff von weniger als 0,7 $ Verunreinigungen. Nach der zweiten Entspannung von 4 bar auf 0,22 bar effektiv enthält der Gasometer 7' dann 14,68 Liter mit 48,2 ^ Wasserstoff, 29,1 # Stickstoff,' 22,5 ?° Kohlenoxyd und 0,19 i° Methan»

Nach Auspumpung der Kammern 3 und 5 fängt der Gasometer 11 ■ eine Gasfraktion von 21,8 Liter mit 82 fi CO₂, 12,4 $ CO, 4,1 io CH., 1 io N₂ und 0,5 i° H₂ und der- Gasometer11 eine Gasfraktion von 26 Liter, bestehend aus 95»25 $ CO, 2,9 i» N₂,

1 io CH. und 0,75 i° H₀ auf. Das Gesamtvolumen des behandelten 4 ^

Gemisches beträgt 148,8 Liter Gasgemisch.

Die Kammer 3 enthält die an CO₂ und CH. angereicherten Fraktionen. Sie enthält 100 i» des gesamten behandelten CO₂ und 74 i° des eingeführten Methans. Die Kammer 5 enthält CO von 95»25 $ Reinheit. Das Exträilonsverhältnis des CO beträgt 80,5 i°·

Bei der zweiten Entspannung entspricht die im wesentlichen an N₂ angereicherte Fraktion einem Extraktioneverhältnis von 82 io für diesen Bestandteil. Schließlich wird Wasserstoff mit

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mr-j^mm jfisnumo original inspected /

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einer Reinheit von mehr als 99»9 i° bei einem Extraktionsverhältnis von 80,5 fo gewonnen.

Die Trennfaktoren 00/N₂ und N₂/H₂ sind besser an 'Zeolithen als an Kohle und gestatten daher eine wirksamere Trennung von CO, Up und H_? als im Beispiel 4*

Es versteht sich, daß die Erfindung nioht auf die vorstehenden Ausführungsweisen beschränkt ist, sondern zahlreiche Abwandlungen vom Fachmann je nach den vorgesehenen Verwendungszwecken vorgenommen werden können, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen. So kann man insbesondere bei einer aus η Bestandteilen zusammengesetzten Grasmischung diese Bestandteile mittels (n— 1),-.- "~ Adsorptionszonen trennen, von denen jede in bevorzugter Weise einen der Bestandteile des Gasgemisches adsorbiert.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Trennung eines mindestens 3 Bestandteilen gebildeten komplexen Gasgemisches und zur 'Gewinnung von mindestens drei dieser Bestandteile, wobei eine gegebene • Gemischmenge unter Druck bei gegebener Temperatur in mehrere aufeinanderfolgende, unter Vakuum entgaste Adsorptionszonen eingelassen, die Gemischeinlassung dann ψ unterbrochen wird und eine oder gegebenenfalls "mehrere Gasfraktionen aus der letzten dieser Zonen bei ein oder mehreren Zwischendruckniveaus abgezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß diese Zonen, deren Anzahl mindestens um eine Einheit kleiner als die Anzahl der zu trennenden Bestandteile ist und die verschiedene Adsorptionsmassen enthalten, welche zum selektiven Adsorbieren mindestens eines der Gasbestandteile befähigt sind, anschließend voneinander isoliert werden, und daß man dann aus jeder dieser Zonenbei einer Temperatur nahe der Einlaßtemperatur und der Frequenz unter alleiniger Vakuumwirkung die selektiv adsorbierten Restfraktionen extrahiert. _;

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das der Einlaßstelle entgegengesetzte Ende der letzten Zone während der Einlaßstufe geschlossen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch in die aufeinanderfolgenden Zonen einge-

. führt wird,bis sie den Einlaßdruck erreichen, und dann das

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ilStOa^ii«? JAMiSiSO ORiGWAL INSPECTED .

der Einlaßstelle entgegengesetzte Ende der letzten Zone " geöffnet wird, während die Einlassung des Gasgemisches in diese Zonen fortgesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus mehreren Bestandteilen zusammengesetzte Gasgemisch in eine erste Zone eingelassen, darauf der Einlaß des Gemisches unterbrochen und das andere Ende der ersteh Zone in Verbindung mit einer zweiten Zone gesetzt wird, so daß eine Entspannung ohne Abzug durch Druckausgleich in den beiden Zonen erfolgt, dann eine oder menrere Gasfraktionen an dem der Einlaßstelle der zweiten Zone entgegengesetzten Ende abgezogen werden derart, daß der Druck in diesen aufeinanderfolgenden Zonen auf eine oder- mehrere Zwischenhöhen enispannt wird, und dann die verschiedenen Zonen voneinander getrennt werden und eine Restfraktion aus jeder Zone, vorzugsweise unter alleiniger Vakuumwirkung extrahiert wird₀

5β Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der aufeinander-folgenden Zonen größer als zwei ist und das Gasgemisch von einer Z ne zur anderen bzw. von einer Zonengruppe zur anderen Zone oder and.eren Zonengruppe geht,nachdem ein oder mehrere Entspannungen ohne vorherigen Abzug erfolgt sind.

6, Verfahren nach Anspruch 1^ dadurch gekennzeichnet, daß

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vor der vorzugsweise unter Vakuum erfolgenden Extraktion der Restfraktionen aus jeder Zone nacheinander mehrere Fraktionen aus der letzten Zone im Verlauf aufeinanderfolgender Entspannungen abgezogen v/erden;

7ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden Zonen derart miteinander verbunden sind, daß sie eine einzige Zone bilden, aus der mehrere Fraktionen im Verlauf aufeinanderfolgender Entspannungen abgezogen werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgezogenen oder extrahierten Gasfraktionen aus reinen Bestandteilen und gegebenenfalls mindestens einem der anderen Gemischbestandteile in stark angereichertem Zustand bestehen.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß

die gesamten Arbeitsmaßnahmen periodisch wiederholt werden, indem man in jeder Periode eine neue Geinischmenge in die aufeinanderfolgenden Zonen nach Extraktion der Restfraktionen von der vorhergehenden Periode einführt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen vor Eintritt des Gasgemisches mit dem am wenigsten absorbierbaren Gas gefüllt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung, z. B. einen Thermostaten zur Aufrecht-

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erhaltung der Temperatur auf dem geeigneten Wert.

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