DE69126397T2

DE69126397T2 - Doppeladsorptionsverfahren

Info

Publication number: DE69126397T2
Application number: DE69126397T
Authority: DE
Inventors: Frederick Wells Leavitt
Original assignee: Praxair Technology Inc
Current assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 1990-10-25
Filing date: 1991-10-24
Publication date: 1997-11-20
Anticipated expiration: 2011-10-25
Also published as: TW201701B; JPH04265105A; ES2102379T3; JPH07108366B2; DE69126397D1; DE69131839D1; EP0483670A1; CN1040068C; EP0483670B1; CN1061161A; BR9104561A; US5085674A; KR920007671A; MX9101774A; DE69131839T2; EP0769319A3; EP0769319B1; KR960004604B1; EP0769319A2; CA2054120A1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung befaßt sich mit der Gastrennung unter Verwendung eines Druckwechseladsorptionsverfahrens. Insbesondere befaßt sie sich mit der Verwendung dieses Verfahrens zum Verbessern der Ausbeute an zwei gereinigten Produktfraktionen.

Beschreibung des Standes der Technik

Druckwechseladsorptions-(PSA)-Verfahren und Systeme sind in der Technik bekannt, um für eine gewünschte Trennung und Reinigung eines Einsatzgasstromes zu sorgen, der eine stärker selektiv adsorbierbare Komponente und eine weniger selektiv adsorbierbare Komponente enthält. Die stärker selektiv adsorbierbare Komponente wird adsorbiert, während das Einsatzgas bei einem höheren Adsorptionsdruck über ein Adsorberbett geleitet wird, das in der Lage ist, die stärker selektiv adsorbierbare Komponente selektiv zu adsorbieren. Bei der nachfolgenden Absenkung des Beffdruckes auf einen niedrigeren Desorptionsdruckwert wird die stärker selektiv adsorbierbare Komponente von dem Adsorptionsmittel desorbiert.
Druckwechseladsorptionsverfahren werden im allgemeinen in Systemen ausgeführt, die mehr als ein Adsorberbett enthalten, wobei jedes Bett auf zyklischer Basis einer Verfahrensabfolge unterworfen wird, bei der vorgesehen sind (a) ein Einspeisen bei höherem Adsorptionsdruck - Adsorption der stärker selektiv adsorbierbaren Komponente - Austragen der weniger selektiv adsorbierbaren Komponente, (b) eine bei niedrigerem Druck erfolgende Desorption und Beseitigung der weniger selektiv adsorbierbaren Komponente, typischerweise von dem Einsatzende des Bettes, und (c) ein Wiederaufdrücken des Bettes auf den höheren Adsorptionsdruck. Das Druckwechseladsorptionsverfahren eignet sich insbesondere für Luftzerlegungsvorgänge in einer Vielzahl von industriellen Anwendungen, vor allem bei relativ klein bemessenen Anwendungen, bei denen der Einsatz von Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen möglicherweise nicht wirtschaftlich ist. Das Druckwechseladsorptionsverfahren eignet sich auch gut für das Trocknen von Luft oder anderen Gasen.
Bei solchen Trocknungsanwendungen wird das feuchte Gas dem Einsatzende eines Adsorberbettes zugeleitet, welches bevorzugt das Wasser als die stärker selektiv adsorbierbare Komponente des Feuchtgases adsorbiert. Wenn Wasser von dem Adsorptionsmittel am Einsatzende des Bettes beseitigt wird, wird das Bett mit Wasser beladen, und es verliert sein Adsorptionsvermögen bezüglich weiterer Mengen von durchgeleitetem Feuchtgas. Das nachfolgende, an Feuchtigkeit verarmte Gas trifft auf eine Zone von relativ trockenem Adsorptionsmittel, und es verläßt das Austragende des Bettes als ein trockenes Einsatzgasprodukt. Wenn solche Trockenoperationen weitergehen, bewegt sich eine Adsorptionsfront der stärker selektiv adsorbierbaren Komponente oder eine Stoffübergangszone von dem Einsatzende aus durch das Bett hindurch in Richtung auf das gegenüberliegende Austragende des Bettes, bis die Adsorptionsfront in die Nähe des Austragendes kommt und nahezu das gesamte Bett mit Wasser beladen ist. Ehe ein weiteres Trocknen erzielt werden kann, muß das Bett regeneriert werden, d.h. das stärker selektiv adsorbierbare Wasser muß desorbiert und aus dem Bett beseitigt werden. Bei zum Trocknen eingesetzten Druckwechseladsorptionsverfahren kann das selektiv adsorbierte Wasser aus dem Bett entfernt werden, indem das Bett von seinem höheren Adsorptionsdruck auf einen niedrigeren Desorptionsdruck entspannt wird, typischerweise durch Gegenstrom-Druckminderung, bei welcher Gas von dem Einsatzende des Bettes freigesetzt wird, und indem ein trockenes Spülgas durch das Bett hindurch von dessen Austragende zu dessen Einsatzende hindurchgeleitet wird. Die Adsorptionsfront des stärker selektiv adsorbierten Wassers wird auf diese Weise zurück zu dem Einsatzende des Bettes getrieben. Bei einem zweckentsprechend ausgelegten System steigt die Konzentration der Wasserverunreinigung in dem Gas an, wenn der Druck von dem oberen Adsorptionswert abgesenkt wird, d.h. in einem Gleichstrom-Druckminderungsschritt, bei dem der Druck abgesenkt und Gas von dem Austragende des Bettes freigesetzt wird. Die Menge an Spülgas, die dann zur Desorption und Beseitigung des stärker selektiv adsorbierten Wassers erforderlich ist, ist geringer als die Menge an während der Adsorption gereinigtem Gas. Ein Teil des trockenen Luftprodukts wird typischerweise als Spülgas verwendet, während die verbleibende trockene Luft aus dem System als der resultierende Produktstrom abgezogen wird.
Solche konventionellen Druckwechseladsorptionsverfahren eignen sich für derartige Lufttrocknungsanwendungen, weil die feuchte Einsatzluft frei verfügbar ist und infolgedessen ein hoher Ausbeutegrad der Luft unnötig ist. Das heißt, der Verlust an Luft in dem Abgasstrom nach dem Spülen ist nicht von größerer Bedeutung. Es versteht sich jedoch für den Fachmann, daß ein derartiges Vorgehen nicht erwünscht oder zufriedenstellend für die Reinigung eines wertvollen Gases sein kann, das ohne nennenswerte Verluste gewonnen werden muß.
Ein typisches Druckwechseladsorptionsverfahren für die Massengastrennung ist das Verfahren für die Gewinnung von Sauerstoff aus Luft durch die selektive Adsorption von Stickstoff und auch von geringeren Verunreinigungen, wie Wasser und Kohlendioxid. Die für eine solche Zerlegung verwendeten Druckwechseladsorptionsverfahren sind konventionelle Verfahren ähnlich dem oben für die Beseitigung von Verunreinigungen erläuterten Verfahren, mit der Ausnalune, daß die stärker selektiv adsorbierte Komponente, welche der Wasserverunreinigung entspricht, in sehr hoher Konzentration vorliegt. Dies führt zu kurzen Zykluszeiten und macht eine geeignete Handhabung der Gase während der Aufdrück- und Entspannungsschritte notwendig. Repräsentative Beispiele von speziellen Druckwechseladsorptionsverfahrenszyklen, die zur Gewinnung von Sauerstoff aus Luft eingesetzt wurden, sind in dem Patent von Batta, U.S. 3 717 974, und in dem Patent von Hiscock et al, U.S. 4 589 888 beschrieben. Solche Verfahren sind wiederum mindestens teilweise befriedigend, weil das Einsatzgas, d.h. Luft, leicht verfügbar ist und weil ein hoher Ausbeutegrad für das Produktgas, d.h. Sauerstoff, nicht notwendig ist für einen wirtschaftlichen Einsatz des Luftzerlegungsvorganges.
Bei den oben angesprochenen Anwendungen, d.h. beim Trocknen von Luft und bei der Luftzerlegung zur Gewinnung von Produktsauerstoff muß die stärker selektiv adsorbierbare oder stärker adsorbierte Komponente von dem Produktgas abgetrennt werden, welches die weniger selektiv adsorbierbare Komponente darstellt, d.h. Wasser von trockener Produktluft oder Stickstoff von Sauerstoffproduktgas. Dies ist typisch für normale Druckwechseladsorptionsverfahren. Solche Verfahren sind nicht generell anwendbar für die Reinigung der stärker selektiv adsorbierbaren oder sogenannten schweren Komponente. So sind die normalen Druckwechseladsorptionsverfahrenszyklen für die Gewinnung von Sauerstoff aus Luft, aber nicht für die Gewinnung von Stickstoff aus Luft zufriedenstellend. Während das von dem Einsatzende des Bettes freigesetzte Gas im Vergleich zu Luft reich an Stickstoff ist, ist es gleichwohl für die meisten praktischen Anwendungen zu unrein.
Bei anderen Anwendungen ist es erwünscht, die stärker selektiv adsorbierbare oder schwere Komponente als das Produktgas zu gewinnen, wobei die weniger selektiv adsorbierbare oder leichte Komponente als die Verunreinigung abgeführt wird und nicht als das gewünschte Produktgas. Das Patent von Wilson, U.S. 4 359 328, beschreibt ein invertiertes Druckwechseladsorptionsverfahren für diesen Zweck. Dieses Verfahren, das zweckmäßigerweise in zwei oder mehr Betten ausgeführt wird, umfaßt eine Verfahrensabfolge von (1) Niederdruckadsorption, (2) Aufdrücken auf hohen Druck, (3) Spülen bei dem hohen Druck und (4) Druckminderung zur Freisetzung der stärker selektiv adsorbierten Komponente als das gewünschte Produktgas. Bei diesem Verfahren wird das Einsatzgas, beispielsweise Luft, in das Adsorberbett bei niedrigem Druck eingeleitet. Der das Bett verlassende Strom, bei dem es sich im wesentlichen um die stärker selektiv adsorbierbare Komponente handelt, wird auf einen hohen Druck verdichtet, und ein Teil dieses Gases wird als Gegenstrom-Spülgas benutzt, um die weniger selektiv adsorbierbare Komponente aus dem Bett zu beseitigen. Der restliche Teil des abströmenden Gases wird als Produktgas, d.h. Stickstoff im Falle der Luftzerlegung, abgezogen.
Das Verfahren des Wilson-Patents stellt oberflächlich betrachtet die Umkehrung des sogenannten normalen Druckwechseladsorptionsverfahrens dar. Das invertierte Druckwechseladsorptionsverfahren unterscheidet sich jedoch in verschiedenen wichtigen Gesichtspunkten von dem normalen Druckwechseladsorptionsverfahren. Nach mehreren Arbeitszyklen des invertierten Verfahrens wird die schwere Komponente in dem Niederdruck-Ausstromgas und an dem Produktende der Betten konzentriert. Eine Adsorptions-Desorptions-Front wird in dem Bett ausgebildet, wobei die schwere Komponente an dem Produktende angereichert vorliegt. Die Front kann während des Niederdruckteils jedes Zyklus leicht durchbrechen, so daß ein Teil der leichten, d.h. weniger selektiv adsorbierbaren Komponente, in den Produktstrom gelangt. Aus diesen und anderen Gründen muß das invertierte Verfahren über viele Zyklen hinweg durchgeführt werden, möglicherweise mit einem hohen Rücklauf- oder Spülverhältnis, bevor die schwere Komponente voll konzentriert wird. Wilson offenbart, daß beim Optimieren des normalen Druckwechseladsorptionsverfahrens zur Steigerung des Stickstoffgehalts des Niederdruck-Spül-Ausstromgases eine Stickstoflkonzentration von 88 % erreicht wurde, wenn Luft (80 % Stickstoff) als Einsatzgas benutzt wurde. Für das invertierte Verfahren offenbart Wilson die Konzentration des Stickstoffs auf 96 % bei einer Stickstoffausbeute von 31,5 %. Dies kann für einige Anwendungen zufriedenstellend sein, bei denen die Zerlegung von Luft für die Gewinnung von Stickstoff erwünscht ist, und zwar selbst bei relativ niedriger Stickstoffausbeute. Bei anderen Anwendungen jedoch kann das invertierte Druckwechseladsorptionsverfahren von Wilson nicht in der Lage sein, ein wertvolles Gas, das mit einem hohen Wert an Produktausbeute gewonnen werden muß, zu konzentrieren und zu reinigen.
Ein weiteres Mittel zur Konzentrierung der schweren, d.h. der stärker selektiv adsorbierbaren, Komponente eines Gasgemischs besteht darin, ein Druckwechseladsorptionsverfahren mit Gleichstromverdrängung einzusetzen. Bei dieser Art von Druckwechseladsorptionsverfahren werden einige der Merkmale sowohl des normalen wie des invertierten Verfahrens benutzt. So wird das Einsatzgas, beispielsweise Luft, in das Einsatzende des Bettes mit hohem Druck eingeleitet, und es strömt in Vorwärtsrichtung zu dem Austragende des Bettes, während die stärker selektiv adsorbierbare, schwere Komponente, d.h. Stickstoff, von dem Bett adsorbiert wird. Die leichte Komponente, d.h. Sauerstoff, des Gasstroms durchläuft das Bett und wird aus diesem als Nebenprodukt- oder Abstrom ausgetragen. Der Zustrom von Einsatzgas, d.h. Luft, zu dem Bett wird gestoppt, bevor die Luft-Sauerstoff-Front, d.h. entsprechend der Front von adsorbiertem Stickstoff in dem Bett, das Austragende des Bettes erreicht. Stickstoffreiches Produktgas wird dann in das Einsatzende des Bettes eingeführt, wodurch in dem Bett eine zweite Front, d.h. eine Stickstoff-Luft-Front, ausgebildet wird. Die letztgenannte Front bewegt sich rascher als die Luft-Sauerstoff-Front, auf die sie schließlich nahe dem Austragende des Bettes trifft. Jetzt ist das Bett mit dem stärker selektiv adsorbierbaren Stickstoff beladen oder gesättigt. Nach Gegenstrom-Entspannung von dem Binsatzende des Bettes aus wird dieser Stickstoff desorbiert und von dem Einsatzende des Bettes als das Hauptprodukt abgezogen. Weiteres Stickstoffprodukt wird erhalten, indem das Bett von dem Austragende aus gespült wird, wobei ein Teil des gewonnenen Sauerstoffs als Spülgas verwendet wird. Der so gewonnene Stickstoff wird für gewöhnlich in einem Speicherbehälter angesammelt, wobei ein Teil dieses Stickstoffgases komprimiert und als der Gleichstrom-Spülstrom benutzt wird. Verschiedene weitere Verfahrensschritte für einen Druckausgleich und für eine Rückführung werden häufig vorgesehen, um das Gesamtarbeitsverhalten zu verbessern. Spezielle Gleichstrom-Verdrängungsverfahren für die Gewinnung von Stickstoff aus Luft wurden in dem Patent von Werner und Fay, US 4 599 094, und in dem Patent von Lagree und Leavitt, US 4 810 265, offenbart. Diese Verfahren sind in der Lage, sowohl Stickstoff als auch Sauerstoff aus Luft mit einer hohen Ausbeute an beiden Komponenten zu erzeugen, wobei Stickstoff für gewöhnlich das Hauptprodukt ist. Bei praktischen kommerziellen Anwendungen unter Einsatz von Adsorberbetten großen Durchmessers ist es schwierig, hochreinen Sauerstoff zu erzeugen, während gleichzeitig hochreiner Stickstoff erzeugt wird. Während die Gleichstrom-Verdrängungszyklen geeignet sind, Stickstoff aus Luft mit hoher
Produktausbeute zu erhalten, sind solche Zyklen nicht für alle in der Praxis angetroffenen Umstände befriedigend. So wurde gefunden, daß das Verfahren nicht besonders effektiv ist, wenn die schwere Komponente in relativ niedrigen Konzentrationen vorliegt. Allgemein lassen sich solche Gleichstrom-Verdrängungsverfahren befriedigend ausführen, wenn die Desorption der stärker selektiv adsorbierbaren Komponente unter Vakuum oder bei einem Druck ausgeführt wird, der sehr viel niedriger als der Adsorptionsdruck ist, wobei solche Druckbedingungen für zahlreiche Gastrenn- oder Reinigungsanwendungen nicht geeignet oder wirtschaftlich sein können.
Illustrativ für andere bekannte Druckwechseladsorptionsverfahren ist das simulierte Bewegtbettverfahren, das in "Principles of Adsorption and Adsorption Processes" von D.M. Ruthven, Wiley and Sons, 1984, Seiten 396-405 erwähnt ist. Das Verfahren kann Gase hoher Reinheit mit hoher Produktausbeute unter gewissen Umständen erzeugen; es ist jedoch relativ kompliziert und kostspielig, wobei es für gewöhnlich den Einsatz zahlreicher Adsorberbetten und Ventile notwendig macht. Außerdem arbeitet ein solches Verfahren häufig nicht günstig, wenn die Adsorptionsisotherme der schweren Komponente stark gekrümmt ist oder wenn mehrere stark adsorbierte Komponenten mit unterschiedlichen Gleichgewichtsisothermen vorhanden sind.
Bei einem anderen Druckwechseladsorptionsverfahren, das in dem Patent von Keller und Kuo, US 4 354 859, beschrieben ist, wird ein Einsatzgas in zwei Produktströme aufgetrennt, indem zyklische Druckänderungen an beiden Enden eines Adsorberbettes erfolgen. Dieses Verfahren und das als Molekulargatter bezeichnete System verwenden Kolben, um zyklische Gasströme und Druckänderungen an den beiden Enden des Bettes zu bewirken, während das Einsatzfluid an einer Zwischenstelle zugeführt wird. Die Volumenverdrängungen und die Phasenwinkel der einander entgegenwirkenden Kolbenwirkungen werden eingestellt, um die Produktivität und Selektivität des Verfahrens zu steuern. Während das Verfahren und die betreffende Vorrichtung die Erzeugung von zwei Produktströmen ermöglichen, ist es schwierig, sie auf einen kommerziellen Maßstab zu vergrößern und wirtschaftlich zu betreiben. Infolgedessen wurde der Molekulargatter-Ansatz für kommerzielle Gaszerlegungs- oder Reinigungsvorgänge nicht benutzt.
DE-A-1 258 834 offenbart ein zyklisches Adsorptions-Desorptions-Verfahren zum Fraktionieren von Gasgemischen, die leichter adsorbierbare Komponenten und weniger leicht adsorbierbare Komponenten enthalten, unter Verwendung von einem oder mehreren Paaren von Adsorptionszonen, die altemierend auf Adsorption und Desorption geschaltet werden, wobei die betreffende Adsorptionszone auf einem höheren Druck als die betreffende Desorptionszone gehalten wird und wobei mindestens ein Teil des aus der betreffenden Adsorptionszone ausgetragenen Primärstroms als Rücklauf zu der betreffenden Desorptionszone zurückgeführt wird, während ein anderer Teil dieses Primärstroms gewonnen wird. Mindestens ein Teil des aus der betreffenden Desorptionszone oder -zonen ausgetragenen Sekundärstroms wird komprimiert und zu dem Boden der Adsorptionszone oder -zonen zurückgeleitet Das Einsatzgemisch wird der betreffenden Adsorptionszone an einer Stelle zugeführt, an welcher die Konzentration der Komponenten des durch die betreffende Zone hindurchgeleiteten Gasstroms näherungsweise die gleiche wie die des Einsatzgemisches ist. Vorzugsweise werden die Zuführ des Einsatzgemisches und des Sekundärstroms zu der Adsorptionszone unterbrochen, bevor das Adsorptionsmittel mit der zu adsorbierenden Komponente des Gasgemischs gesättigt ist. Der anfängliche Teil des Sekundärstroms wird vorzugsweise aus dem Verfahren abgeleitet, während der restliche Teil desselben zurückgeführt wird.
In der einschlägigen Technik besteht noch immer das Bedürfnis nach einem verbesserten Druckwechseladsorptionsverfahren, das relativ einfach ist, das mit nur wenigen Adsorberbetten arbeitet und das wirtschaftlich eingesetzt werden kann, um einen Einsatzgasstrom mit hoher Ausbeute an dem gewünschten Produktgas oder -gasen zu reinigen oder zu trennen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Druckwechseladsorptionsverfahren zum Trennen eines Mehrkomponenten-Einsatzgasstroms in zwei gereinigte Ströme ohne nennenswerten Verlust an den gewünschten gereinigten Produktgasen zu schaffen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffüng eines verbesserten Druckwechseladsorptionsverfahrens zum effizienten Trennen eines binären Gasstroms in zwei reine Gasfraktionen mit hoher Ausbeute beider Komponenten des Gasstroms.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schafffing eines Druckwechseladsorptionsverfahrens zur Beseitigung einer stärker selektiv adsorbierbaren Verunreinigung aus einem weniger selektiv adsorbierbaren Gas zum Erzeugen eines gereinigten Gasstroms mit einer hohen Ausbeute an dem gewiinschten Produktgas.
Mit der Erfindung soll ferner ein Druckwechseladsorptionsverfahren zum Beseitigen einer weniger selektiv adsorbierbaren Verunreinigung aus einem stärker selektiv adsorbierbaren Gas geschaffen werden, um einen gereinigten Gasstrom mit einer hohen Ausbeute an dem gewünschten Produktgas zu erzeugen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffüng eines verbesserten Druckwechseladsorptionsverfahrens für die Beseitigung von Spuren an Stickstoff aus einem unreinen Argonstrom, so daß ein gereinigter Argonstrom mit nur einem vernachlässigbaren Verlust an Argonprodukt in dem Reinigungsverfahren erzeugt werden kann.
Mit Blick auf diese und weitere Aufgaben ist die Erfindung nachstehend im einzelnen beschrieben, wobei ihre neuen Merkmale in den beiliegenden Ansprüchen herausgestellt sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Duplex-Druckwechseladsorptionsverfahren geschaffen, wie es im Anspruch 1 definiert ist.
Jedes Adsorberbett ist in zwei Abschnitte mit einer dazwischen liegenden Einsatzstelle unterteilt, um ein integriertes Duplex-Druckwechseladsorptionsverfahren und ein entsprechendes System zu erhalten. Ein Abschnitt wird entsprechend einem normalen Druckwechseladsorptionsverfahren betrieben, während der zweite Abschnitt nach Art eines invertierten Druckwechseladsorptionsverfahrens betrieben wird. Die Verfahrensabfolge wird für beide Abschnitte so durchgeführt, daß während jedes Schrittes des Gesamtverfahrens ein gleichmäßiger Gasstrom von einem Abschnitt zu dem anderen erhalten wird. Das Niederdruck- Ausstromgas aus dem normalen Abschnitt wird dem Niederdruck-Einsatzende des invertierten Abschnitts zugeleitet, und das Hochdruck-Ausstromgas von dem invertierten Abschnitt geht dem Einsatzende des normalen Abschnitts zu. Das Mischgas oder der unreine Einsatzgasstrom wird an der Einsatzstelle zwischen dem normalen und dem invertierten Abschnitt während entweder des Hochdruck- oder des Niederdruck-Schrittes oder beiden zugeführt. Bei der praktischen Anwendung der Erfindung können das Druckwechseladsorptionsverfahren und -system als ein komplettes binäres Zerlegungssystem arbeiten und die leichten und/oder schweren Komponentenfraktionen mit hoher Reinheit und hoher Ausbeute erzeugen.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Dabei ist:
FIG. 1 eine schematische Darstellung, die ein Zweibett-Duplexdruckwechseladsorptionssystem zeigt, wie es in der Praxis der Erfindung benutzt wird, und
FIG. 2 eine schematische Darstellung eines Vierbett-Druckwechseladsorptionssystems, wie es in der Praxis der Erfindung eingesetzt wird.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die Ziele der Erfindung werden erreicht, indem ein Druckwechseladsorptionsverfahren vorgesehen wird, das die charakteristischen Merkmale des normalen und des invertierten Druckwechseladsorptionsverfahrens kombiniert. Das integrierte Duplexverfahren nach der Erfindung ist in der Lage, gereinigte oder konzentrierte Produktströme ohne die unerwünschten Produktverluste herzustellen, die im Betrieb entweder des normalen Druckwechseladsorptionsverfahrens oder des invertierten Druckwechseladsorptionsverfahrens inhärent sind. Die Erfindung eignet sich insbesondere für die Beseitigung entweder leichter oder schwerer Verunreinigungen aus einem wertvollen Gas, wo es notwendig ist, das Produktgas mit geringem oder vernachlässigbarem Verlust zu gewinnen, d.h. mit hohen Produktausbeutewerten.
Es versteht sich, daß das normale Druckwechseladsorptionsverfahren generell in zwei oder mehr Betten ausgeführt wird, wobei jedes Bett, auf zyklischer Basis, eine Aufdrtlck-Entspannungs-Abfolge durchläuft, innerhalb deren die stärker selektiv adsorbierbare, oder die schwere, Komponente bei einem höheren Adsorptionsdruck adsorbiert und bei niedrigerem Desorptionsdruck desorbiert wird. Bei einer solchen normalen Verfahrensabfolge in jedem Bett wird das Einsatzgas auf den höheren Adsorptionsdruck komprimiert und unter Druck dem Einsatzende des Bettes zugeführt, wobei die schwere Komponente(n) selektiv adsorbiert wird (werden) und wobei mindestens ein Teil der leichten Komponente(n) von dem Austragende des Bettes als gereinigtes leichtes Gasprodukt abgezogen wird (werden). Das restliche Gas, das von dem Austragende des Bettes während des Hochdruck-Adsorptionsschrittes abgeführt wird, wird zweckmäßigerweise expandiert und verwendet, um Niederdruck-Gegenstrom-Spülgas bereitzustellen, das dem Austragende eines anderen Bettes innerhalb des Systems zugeleitet wird. Wenn das Adsorptionsvermögen des ersten Bettes nahezu erschöpft ist, beispielsweise dadurch, daß die Adsorptionsfront der stärker selektiv adsorbierbaren Komponente durch das Bett hindurch bis in die Nähe des Austragendes des Bettes gelaufen ist, wird der Strom von Einsatzgas zu dem Bett beendet, und es wird mit der Druckminderungsphase des Zyklus begonnen. An dieser Stelle wird das erste Bett typischerweise im Gleichstrom entspannt, indem Gas am Austragende des Bettes freigesetzt wird. Das so von dem Austragende des Bettes freigesetzte Gas wird vorzugsweise in das Austragende des zweiten Bettes oder eines anderen Bettes im System expandiert, um für einen Druckausgleich und/oder für die Bereitstellung von Spülgas zu sorgen. Das Bett wird dann weiter auf einen niedrigeren Desorptionsdruckwert entspannt, beispielsweise durch Gegenstrom-Druckminderung und Freisetzen von Gas von dem Einsatzende des Bettes, wobei dieses Gas die stärker selektiv adsorbierbare Komponente des Einsatzgases darstellt und abgelassen oder einem anderen Zweck zugeführt wird, wenn die weniger selektiv adsorbierbare Komponente das gewünschte Produktgas ist. Im Anschluß an das Spülen durch Zuführen des Spülgases am Austragende des Bettes bei dessen niedrigerem Desorptionsdruckwert, wird das Bett auf den höheren Adsorptionsdruckwert wiederaufgedrückt. Typischerweise wird das Bett anlänglich von dem niedrigeren Desorptionsdruck auf einen Zwischendruck wiederaufgedrückt, indem Gas von dem Austragende des zweiten Bettes oder einem anderen Bett des Systems, das eine Druckminderung erfährt, zu dem Austragende des ersten Bettes für Druckausgleichszwecke zugeleitet wird. Einsatzgas wird dann dem Einsatzende des Bettes zugeführt, um dessen Druck von dem Zwischendruck auf den oberen Adsorptionsdruck anzuheben. Die Zuführung des Einsatzgases zu dem Einsatzende des Bettes bei dem oberen Adsorptionsdruck wird dann fortgesetzt, wobei die weniger leicht adsorbierbare Komponente aus dem Bett abgezogen wird, während die zyklische Arbeitsfolge in dem ersten Bett fortgesetzt wird.
Um effektiv zu arbeiten, muß (müssen) im wesentlichen die gesamte(n) adsorbierte(n) schwere(n) Komponente(n) von dem Einsatzende des Bettes abgezogen und als Abgas abgeführt werden. Ein gewisser minimaler Betrag an leichter Komponente geht notwendigerweise in dem Abgas verloren, wobei dies von den involvierten Komponenten, dem in den Betten benutzten Adsorptionsmiffel, den vorgesehenen Druckverhältnissen und dergleichen abhängt, um die stärker selektiv adsorbierbaren schweren Verunreinigungen zu desorbieren und aus dem Bett herauszuspülen. Die Ausbeute der leichten Gaskomponente ist aufgrund dieses Umstandes notwendigerweise beschränkt, und zwar insbesondere durch das Druckverhältnis zwischen dem oberen Adsorptionsdruck und dem unteren Desorptionsdruck, das charakteristisch für solche Druckwechseladsorptionsverfahren ist. Das normale Druckwechseladsorptionsverfahren ist infolgedessen hinsichtlich der Trennung und Ausbeute der weniger selektiv adsorbierbaren Komponente(n) auf Anwendungen beschränkt, bei denen es um die Trennung von relativ niedrigwertigen Einsatzströmen geht.
Das oben erläuterte normale Druckwechseladsorptionsverfahren kann mit einer Vielzahl von Prozeßvariationen durchgeführt werden. So kann mit Unterdrücken und mit transatmosphärischen Druckwerten gearbeitet werden. Es kann auch mit Mehrbeifsystemen gearbeitet werden, bei denen die zyklische Verfahrensabfolge in jedem Bett auf zyklischer Basis in Verbindung mit der Durchführung dieser Abfolge in jedem der anderen Betten des Systems durchgeführt wird, so daß die Druckänderungsschritte vorgenommen werden können, ohne die Einsatz- und Produktströme des Gesamtsystems zu unterbrechen. Zahlreiche unterschiedliche Verfahrensabfolgen wurden in der einschlägigen Technik beschrieben, beispielsweise hinsichtlich verschiedener Druckminderungs-Druckausgleichs- und Spülschritte, um die Leistung des Verfahrens für bestimmte Trennungen zu verbessern. Alle diese Variationen leiden unter der gleichen inhärenten Beschränkung der Ausbeute an der leichten, weniger selektiv adsorbierbaren Komponente.
Bei der praktischen Anwendung des invertierten Druckwechseladsorptionsverfahrens wird das Einsatzgas dem ersten Bett eines Systems bei einem niedrigeren Druck, beispielsweise Atmosphärendruck, zugeleitet. In diesem Schritt wird die weniger selektiv adsorbierbare leichte Komponente des Einsatzgases adsorbiert, da sie sich anfänglich und nach jedem Entspannungsschritt der Gesamtverfahrensabfolge auf einem Komponentendruck (oder Partialdruck) befindet, der höher als der Druck der Komponente in dem Bett ist, wobei die Gesamtverfahrensabfolge die nachstehenden Schritte umfaßt: (1) Adsorption bei niedrigem Druck unter Freisetzung der stärker selektiv adsorbierbaren Komponente, (2) Aufdrücken, (3) Beseitigung des angereicherten Abgases, d.h. der weniger selektiv adsorbierbaren Komponente, bei hohem Druck, und (4) Entspannung unter Freisetzung der stärker selektiv adsorbierbaren schweren Komponente bei niedrigem Druck als dem gewünschten Produkt mit verbesserter Reinheit. Die weniger selektiv adsorbierbare Komponente des Gasgemisches verdrängt auf diese Weise die stärker selektiv adsorbierbare Gaskomponente und bewirkt ein Vertreiben derselben aus der adsorbierten Phase auf dem Adsorptionsmittel. Infolgedessen läuft eine vorrückende Gasphasenzone der stärker selektiv adsorbierbaren Komponente einer Gasphasenzone voraus, die sowohl die stärker als auch die weniger selektiv adsorbierbaren Gaskomponenten enthält.
Eine Erhöhung des Druckes im Bett im Schritt (2) des invertierten Prozesses bewirkt die selektive Adsorption der stärker selektiv adsorbierbaren Komponente. Dies führt zu einer Verarmung der stärker selektiv adsorbierbaren Komponente in der Gasphase und zu einer entsprechenden Anreicherung der Gasphase an der weniger selektiv adsorbierbaren Komponente. Das Spülen des Adsorberbettes mit der leicht adsorbierbaren Komponente im Schritt (3) dient dem Bntfernen der mit der weniger selektiv adsorbierbaren Komponente angereicherten Gasphase aus dem Adsorberbett. Das Entspannen des Adsorberbettes führt daher zu der Freisetzung der stärker selektiv adsorbierbaren Komponente aus dem Bett mit einem verbesserten Reinheitsgrad. Zusätzliche Verfahrensmerkmale, wie z.B. Druckausgleichsschriffe, können nach Wunsch bei der praktischen Durchführung des invertierten Druckwechseladsorptionsverfahrens verwendet werden. Selbst wenn die Verfahrensmerkmale und -bedingungen jedoch optimiert werden, befinden sich nennenswerte Mengen der schweren Komponente(n) in dem Abgasstrom, der im Schritt (3) bei hohem Druck beseitigt wird. Das invertierte Druckwechseladsorptionsverfahren und die betreffende Anlage eignen sich infolgedessen für praktische kommerzielle Anwendungen zum Konzentrieren des die schwere Komponente aufweisenden Produkts nur dann, wenn ein Einsatzgasstrom von geringem Wert verarbeitet wird.
Das Duplex-Druckwechseladsorptionsverfahren und die betreffende Anlage gemäß der Erfindung sind in FIG. 1 veranschaulicht, wobei das Einsatzgas jedem Bett eines Zweibettsystems an einer Zwischenstelle zugeführt wird. Im Gegensatz dazu erfolgt die Einsatzgaszuführung in den oben erläuterten normalen und invertierten Druckwechseladsorptionsverfahren und -anlagen an einem Einsatzende jedes Bettes. Bei der Ausführungsform der FIG. 1 wird Einsatzgas in einer Leitung 1 mittels eines Kompressors 2 verdichtet und altemierend über ein Ventil 3 einem Adsorberbett 4 an einer Zwischenstelle 5 zwischen den Enden des Bettes oder über ein Ventil 6 einem Bett 7 an einer Zwischenstelle 8 des letzteren zugeführt. Leichte Komponente, die von dem oberen Ende des Bettes 4 abgezogen wird, gelangt über ein Ventil 9 zu einer Leitung 10, um als Leichtkomponenten-Produktgas gewonnen zu werden. In ähnlicher Weise wird leichte Komponente, die von dem oberen Ende des Bettes 7 abgezogen wird, über ein Ventil 11 der Leitung 10 zur Gewinnung als das leichte Produktgas zugeführt. Ein Teil der leichten Komponente, die von dem oberen Ende des einen oder des anderen Bettes abgezogen wird, kann dem oberen Ende des anderen Bettes über eine Leitung 12 zugeführt werden, in der sich ein Ventil 13 befindet.
Schwere Komponente, die vom unteren Ende des Bettes 4 abgezogen wird, kann über eine ein Ventil 15 enthaltende Leitung 14 einer Leitung 16 zugeführt werden, in der sich ein Ventil 17 befindet, um als Schwerkomponenten-Produktgas gewonnen zu werden. In ähnlicher Weise kann vom unteren Ende des Bettes 7 abgezogene schwere Komponente über eine mit einem Ventil 19 versehene Leitung 18 der Produktleitung 16 zugeführt werden. Die schwere Komponente von den Betten 4 und 7 kann auch über Ventile 20 bzw. 21 zu einem Kompressor 22 und einem gegebenenfalls vorhandenen Speicherbehälter 23 geleitet werden, bevor sie als Schwerkomponentenprodukt gewonnen oder zu dem System zurückgeleitet wird. Ventile 24 und 25 sind vorgesehen, damit die Systeme gegebenenfalls in einem unbelasteten Zustand weiterlaufen können, ohne daß eine nicht benötigte Verdichtung der Einsatzgas- und Schwerkomponenten-Produktströme erfolgt.
Das in FIG. 2 veranschaulichte System ist im wesentlichen das gleiche wie das Zweibett- Duplexsystem der FIG. 1, mit der Ausnahme, daß die beiden Betten an der Einsatzstelle unterteilt sind, was zu einem Vierbettsystem führt. So sind bei der Ausführungsform gemäß
FIG. 2 gesonderte Paare von Betten 4 und 4a bzw. 7 und 7a vorgesehen, wobei über die Leitungen 5 und 8 einströmendes Einsatzgas zu jedem der Bettenpaare über eine Zwischenstelle zwischen jeweils diesen Betten gelangt.
Es versteht sich, daß bei der praktischen Anwendung der Erfindung der obere Teil der Duplexsysteme, d.h. der obere Teil der Betten 4 und 7 bei der Ausführungsform gemäß FIG. 1 und die Betten 4 und 7 bei der Ausführungsform gemäß FIG. 2, entsprechend dem Leichtproduktende eines Systems für das normale Druckwechseladsorptionsverfahren funktioniert. In ähnlicher Weise arbeitet der untere Teil der Duplexsysteme, d.h. der untere Teil der Betten 4 und 7 bei der Ausführungsform nach FIG. 1 und die Betten 4a und 7a bei der Ausführungsform gemäß FIG. 2, entsprechend dem Schwerproduktende bei dem invertierten Druckwechseladsorptionsverfahren von Wilson.
Beispielsweise erläutert unter Bezugnahme auf die Ausführungsform gemäß FIG. 2, wird das Einsatzgas, das ein binäres Gemisch aus leichten und schweren, d.h. weniger und stärker selektiv adsorbierbaren, Komponenten aufweist, über die Leitung 1 dem Kompressor 2 Zugeführt, um auf einen hohen Adsorptionsdruck verdichtet zu werden. Während eines Teils der Gesamtverfahrensabfolge wird das verdichtete Einsatzgas über das Ventil 3 zur Leitung 5 geleitet, um zu dem unteren Ende des Bettes 4 zu gelangen. Dieses Einsatzgas strömt zusammen mit dem Ausstromgas von dem oberen Ende des Bettes 4a nach oben durch das Bett 4 hindurch, wo die schwere Komponente adsorbiert wird, so daß die weniger selektiv adsorbierte leichte Komponente verbleibt, durch das Bett hindurchströmt und aus dem Bett 4 austritt. Ein Teil dieses gereinigten leichten Gasstroms wird über das Ventil 9 geleitet und in der Leitung 10 als leichtes Produkt abgezogen. Das verbleibende gereinigte Leichtgas wird über das Ventil 13 auf niedrigen Druck entspannt und tritt in das obere Leichtproduktende des Bettes 7 ein. Dieses Niederdruckgas strömt zurück durch das Bett 7, wo es die schwere Komponente aus dem Bett verdrängt, die zuvor in einem früheren Schritt des zyklischen Verfahrens dort adsorbiert wurde. Das aus dem unteren Ende des Bettes 7 ausströmende Gas wird über die Leitung 8 unmittelbar dem oberen Ende des Bettes 7a zugeleitet, wo es die schwere Komponente aus dem unteren Ende des Bettes 7a heraustreibt. Das das Bett 7a verlassende Gas wird über das Ventil 21 geleitet, in dem Kompressor 22 verdichtet und zu dem Speicherbehälter 23 geführt. Ein Teil dieses Gases wird über die Leitung 16 und das Ventil 17 abgezogen, um als schweres Produkt gewonnen zu werden. Ein anderer Teil des Gases von dem Speicherbehälter 23 wird über die Leitung 14 und das Ventil 15 dem unteren Ende des Bettes 4a zugeleitet. Dieses Gas strömt dann in Vorwärtsrichtung durch das Bett 4a und verdrängt dort die leichte Komponente. Das aus dem Bett 4a abströmende Gas, das idealerweise eine der Zusammensetzung des Einsatzstromes ähnliche Zusammensetzung aufweisen kann, wird mit dem Einsatzgas kombiniert, das über die Leitung 1 und das Ventil 3 zu der Leitung 5 strömt, und in das untere Ende des Bettes 4 eingeleitet. Dieser Schritt der zyklischen Gesamtverfahrensabfolge muß beendet werden, bevor die Adsorptionsfront der stärker selektiv adsorbierbaren Komponente durch das Bett 4 durchbricht und in das von dem System abgezogene leichte Produkt und/oder den Teil desselben gelangt, der über die Leitung 12 und das Ventil 13 zu dem oberen Ende des Bettes 7 zurückgeleitet wird.
Während des nächsten Schrittes der Druckwechseladsorptions-Verfahrensabfolge werden die Betten 4 und 4a von dem oberen Adsorptionsdruck entspannt, und die Betten 7 und 7a werden von dem niedrigeren Desorptionsdruck auf den oberen Adsorptionsdruck aufgedrückt. Ein Druckausgleichsschritt wird verwendet, so daß eine eiwiinschte Druckrückgewinnung erzielt werden kann. Für diesen Zweck können der Einsatzstrom zu dem System und die Austrittsströme von dem System während der Zeitspanne suspendiert werden, während deren ein Druckausgleich zwischen den beiden Betten erfolgt. So werden. die Ventile 3, 9, 11, 15, 19, 20 und 21 alle geschlossen, während das Ventil 13 offenbleibt, bis sich die Drücke durch das Überströmen von Gas von dem oberen Ende des zunächst auf dem oberen Adsorptionsdruck liegenden Bettes 4 zu dem oberen Ende des anfänglich auf dem niedrigeren Desorptionsdruck befindlichen Bettes 7 in gewissem Umfang ausgeglichen haben. Das Ventil 13 wird dann geschlossen, und die Ventile 20 und 19 werden geöffnet, so daß die Betten 4 und 4a weiter entspannt werden können, indem Gas von dem unteren Ende des Bettes 4a abströmt, während die Betten 7 und 7a auf den oberen Adsorptionsdruck weiter aufgedrückt werden, indem Gas von dem Speicherbehälter 23 zu dem unteren Ende des Bettes 7a geleitet wird. Während der Durchführung dieser Schritte können die Ventile 24 und 25 geöffnet werden, wenn kein Strom von den Kompressoren 2 und 22 benötigt wird, so daß diese Einheiten in unbelastetem Zustand weiterlaufen können.
Während des nächsten Teils der Verfahrensabfolge wird das Einsatzgas von dem Kompressor 2 über die Leitung 8 und das Ventil 6 geleitet, und es strömt nach oben durch das Bett 7 bei dem oberen Adsorptionsdruck hindurch. Ein Teil des gereinigten leichten Produkts, das von der stärker selektiv adsorbierbaren schweren Komponente im Bett 7 abgetrennt wurde, wird über das Ventil 11 geleitet und als leichtes Produkt gewonnen. Der verbleibende Teil des gereinigten leichten Produkts wird über das Ventil 13 entspannt und dem oberen Ende des Bettes 4 zugeleitet, wo es das Bett nach unten durchströmt, um das zuvor adsorbierte schwere Produkt zu verdrängen. Das aus dem Bett 4 abströmende Gas wird nach unten über die Leitung 5 und in das obere Ende des Bettes 4a geleitet, wo es nach unten strömt und zusätzliche Mengen an der zuvor adsorbierten schweren Komponente mitnimmt. Das aus dem Bett 4a abströmende Gas wird über das Ventil 20 geleitet, in dem Kompressor 22 verdichtet und dem Speicherbehälter 23 zugeführt. Ein Teil des Gases von dem Speicherbehälter 23 wird über die Leitung 16 und das Ventil 17 als schweres Produkt abgezogen, während weiteres Gas von dem Speicherbehälter 23 über die Leitung 18 und das Ventil 19 geführt wird, um als Verdrängungsgas benutzt zu werden, das dem unteren Ende des Bettes 7a zugeführt wird. Das aus dem Bett 7a abströmende Gas wird mit Einsatzgas in der Leitung 8 kombiniert und in das untere Ende des Bettes 7 eingeleitet. Dieser Arbeitsvorgang wird beendet, bevor die Adsorptionswellen in den Betten 7a und 7 in die von den oberen Enden dieser Betten ausströmenden Gase durchbrechen.
In dem letzten Teil der Gesamtverfahrensabfolge wird ein Druckausgleich wie in dem zweiten Teil durchgeführt, um Druck in den sich zun::chst auf dem oberen Adsorptionsdruck befindlichen Betten zurückzugewinnen und dadurch die sich zunächst auf niedrigerem Desorptionsdruck befindlichen Betten auf einen höheren Zwischendruck wiederaufzudrücken. Am Ende des Druckausgleichs wird das Ventil 13 geschlossen, und die Ventile 15 und 21 werden geöffnet, so daß die Entspannung der Betten 7 und 7a fortgesetzt werden kann und die Betten 4 und 4a weiter wiederaufgedrückt werden können. Nachdem die Verfahrensabfolge in dieser Weise abgeschlossen ist, wird der Zyklus mit neuen Mengen an Einsatzgas wiederholt, die den Betten in der oben umrissenen Verfahrensabfolge zugeleitet werden.
Es ist daher ersichtlich, daß es die praktische Anwendung der Erfindung ermöglicht, am einen Ende des Systems die weniger selektiv adsorbierbare leichte Komponente zu verdrängen und zu gewinnen, sowie am anderen Ende des Systems die stärker selektiv adsorbierbare schwere Komponente zu verdrängen und zu gewinnen. Das Duplex-Druckwechseladsorptionsverfahren verwendet ein System mit mindestens zwei Druckwechseladsorptionsstufen, die Adsorptionsmittel enthalten, das eine stärker selektiv adsorbierbare schwere Komponente aus dem Einsatzgasgemisch adsorbieren kann, das diese Komponente sowie eine weniger selektiv adsorbierbare leichte Komponente enthält. Bei verschiedenen Ausführungsformen ist die Verwendung von mehr Stufen bevorzugt, wobei dies von den Gesamtbedingungen und Anforderungen einer gegebenen Anwendung abhängt. Nach einer solchen selektiven Adsorption suchen sich Adsorptionsfronten der stärker selektiv adsorbierbaren schweren Komponente in der Adsorberstufe auszubilden. Jede Stufe umfaßt den normalen Beffabschnitt und den invertierten Bettabschnitt, auf die oben Bezug genommen ist. Jede Stufe durchläuft auf zyklischer Basis die oben erläuterte Verfahrensabfolge, die genereller wie folgt zusammengefaßt werden kann:
Die stärker selektiv adsorbierbare schwere Komponente wird bei einem oberen Adsorptionsdruck dem unteren Ende des invertierten Teils der Stufe zugeleitet, um dort die weniger selektiv adsorbierbare leichte Komponente zu verdrängen. Das so verdrängte, vom oberen Ende des invertierten Bettabschnitts ausströmende Gas wird in das untere Ende des normalen Bettabschnitts der Stufe bei dem oberen Adsorptionsdruck eingeleitet, um in Vorwärtsrichtung durch diesen Bettabschnitt hindurch zu strömen. Die weniger selektiv adsorbierbare leichte Komponente wird aus dem oberen Ende des normalen Bettabschnitts der Stufe ausgetragen. Die Stufe wird dann von dem oberen Adsorptionsdruck auf einen niedrigeren Desorptionsdruck entspannt. Weniger selektiv adsorbierbare leichte Komponente wird dann dem oberen Ende des normalen Bettabschnitts bei dem niedrigeren Desorptionsdruck zugeleitet, um diesen Bettabschnitt in Rückwärtsrichtung zu durchströmen, wobei von dort zuvor adsorbierte schwere Komponente verdrängt wird. Das so von dem unteren Ende des normalen Bettabschnitts verdrängte ausströmende Gas wird in das obere Ende des invertierten Bettabschnitts bei dem niedrigeren Desorptionsdruck eingeleitet, um zusätzliche Mengen der schweren Komponente von dort bei dem niedrigeren Desorptionsdruck zu verdrängen. Die stärker selektiv adsorbierbare schwere Komponente wird aus dem unteren Ende des invertierten Bettabschnitts bei dem niedrigeren Desorptionsdruck ausgetragen. Diese Stufe wird dann von dem niedrigeren Desorptionsdruck auf den oberen Adsorptionsdruck wiederaufgedrückt.
Das zu trennende Einsatzgasgemisch wird in die Stufe an einer Zwischenstelle zwischen dem normalen Bettabschnitt und dem invertierten Bettabschnitt der Stufe während des Schrittes eingeleitet, innerhalb dessen die schwere Komponente dem unteren Ende des invertierten Bettabschnittes der Stufe zugeleitet wird. Nach Abschluß der Verfahrensabfolge werden die Prozeßschritte in der Stufe mit zusätzlichen Mengen an Einsatzgasgemisch in einer gewünschten Relation zu anderen Stufen des Gesamtsystems wiederholt, in denen gleichfalls diese Verfahrensabfolge abläuft.
Während die Erfindung vorliegend mit Bezugnahme auf das untere oder bodenseitige Ende und das obere Ende des normalen Beffabschnitts und des invertierten Bettabschnitts jeder Stufe beschrieben wurde, versteht es sich, daß die Bezugnahme auf obere und untere Enden nur der Einfachheit halber entsprechend der in den Zeichnungen veranschaulichten Anordnung der Beffabschnitte erfolgt. Es liegt jedoch im Rahmen der Erfindung, bei praktischen kommerziellen Anwendungen die Stufen, deren einzelne Abschnitte und die Ströme zu und von den Stufen und Abschnitten in anderen gewünschten Konfigurationen auszubilden.
Wie bei den Ausführungsbeispielen der FIGN. 1 und 2 veranschaulicht ist, kann jede Druckwechseladsorptionsstufe ein einzelnes Bett aus Adsorptionsmittel aulweisen, oder jede Stufe kann mit individuellen Adsorberbetten für den normalen Bettabschnitt und den invertierten Bettabschnitt jeder Stufe ausgestattet sein. Es werden mindestens zwei Druckwechseladsorptionsstufen verwendet.
Bei der praktischen Durchführung der Erfindung wird für gewöhnlich ein Teil der weniger selektiv adsorbierbaren leichten Komponente, die aus dem oberen Ende des normalen Bettabschnitts einer Stufe ausgetragen wird, von dem System zur Verwendung als ein erwünschtes Produkt oder Nebenprodukt oder zur Beseitigung aus dem System als ein Abstrom des Fluidtrennvorgangs gewonnen. Ein anderer Teil der leichten Komponente wird im allgemeinen zur Überleitung zu dem oberen Ende einer oder mehrerer Stufen während des Verdrängungsschrittes benutzt, bei dem diese leichte Komponente dem oberen Ende des normalen Bettabschnitts einer Stufe bei dem niedrigeren Desorptionsdruck zugeführt wird. In ähnlicher Weise wird im allgemeinen ein Teil der stärker selektiv adsorbierbaren schweren Komponente, die aus dem unteren Ende des invertierten Bettabschnitts einer Stufe ausgetragen wird, als erwünschtes Produkt oder Nebenprodukt oder zur Beseitigung aus dem System als ein Abstrom des Fluidtrennvorgangs gewonnen. Ein weiterer Teil dieser schweren Komponente wird im allgemeinen komprimiert oder gekühlt und dem unteren Ende einer oder mehrerer Stufen während des Verdrängungsschrittes zugeführt, bei dem die schwere Komponente in das untere Ende des invertierten Beffabschnitts der Stufe bei dem oberen Adsorptionsdruck eingeleitet wird. Es versteht sich, daß der aus einer Stufe ausgetragene Teil der leichten und schweren Komponenten als Verdrängungsfluid in anderen Stufen oder in der Stufe verwendet werden kann, aus welcher er ausgetragen wurde, wobei dies von den jeweiligen Umständen des bei der praktischen Durchführung der Erfindung verwendeten Gesamtsystems abhängt.
Zu den Aufdrück- und Entspannungsschriffen des Verfahrens gehören Ausgleichsschritte, bei denen Gas von einer anfänglich auf einem höheren Druck befindlichen Stufe einer anfänglich auf niedrigerem Druck befindlichen Stufe zugeleitet wird, um, wie oben ausgeführt, Energie zurückzugewinnen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann benutzt werden, um eine Vielzahl von kommerziell signifikanten Fluidtrennungen zu bewirken. Die Druckwechseladsorptions-Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in hohem Maße erwünscht für die Gastrennung, beispielsweise Argon-Sauerstoff-Trenn und Argon-Reinigungsverfahren. Bei einer typischen Argon-Sauerstoff-Trenn-Anwendung kann ein Gasstrom, der etwa 96 % Sauerstoff und 4 % Argon enthält, benutzt werden, um einen hochreinen Sauerstoffstrom zu erzeugen, der 98 % oder mehr, beispielsweise 99,5 %, Sauerstoff enthält. Ein mit Argon angereicherter Strom, beispielsweise ein Strom mit 50 % Argon und 50 % Sauerstoff, oder ein Strom mit höherer Argon-Reinheit, beispielsweise ein Strom mit 95 % Argon, werden gleichfalls erhalten. Bei solchen Anwendungen ist Argon die weniger selektiv adsorbierbare leichte Komponente, und Sauerstoff stellt die stärker selektiv adsorbierbare schwere Komponente dar. Bei Argon-Reinigungsvorgängen wird Argon als die leichte Komponente von schweren Verunreinigungen, beispielsweise Sauerstoff oder Stickstoff, Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Ammoniak, abgetrennt. Bei anderen Argon-Reinigungsvorgängen wird ein schweres Argonprodukt von leichten Verunreinigungen, wie Wasserstoff, Helium oder Neon, abgetrennt. Helium- oder Wasserstoff-Reinigungen sind weitere zweckmäßige Anwendungen der Erfindung, bei denen leichtes Helium- oder Wasserstoff-Produkt von schweren Verunreinigungen, wie Stickstoff und Methan, gewonnen wird. Bei anderen zweckmäßigen Druckwechseladsorptionstrennverfahren kann die Erfindung benutzt werden, um Methan von Erdgas; Stickstoff von Methan und Kohlendioxid oder Stickstoff von Kohlenmonoxid abzutrennen; Xenon oder Krypton können von schweren Verunreinigungen gereinigt werden; Stickstoff und Methan können von schweren Verunreinigungen befreit werden, und dergleichen.
Fur den Fachmann versteht es sich, daß zahlreiche Änderungen und Modifikationen hinsichtlich der Details der vorliegend beschriebenen Erfindung getroffen werden können, ohne den Bereich der Erfindung, wie er in den beiliegenden Ansprüchen angegeben ist, zu verlassen. Beispielsweise kann das Verfahren unter Verwendung eines beliebigen Adsorptionsmittels durchgeführt werden, das in der Lage ist, eine stärker selektiv adsorbierbare schwere Komponente von einem Einsatzgas oder einem anderen Fluidgemisch, das diese Komponente und eine weniger selektiv adsorbierbare leichte Komponente enthält, selektiv zu adsorbieren. Es können Gleichgewichts-Adsorptionsmittel, wie zeolithische Molekularsiebe, beispielsweise konventionelle 13X- und 5A-Materialien, ratenselektive Adsorptionsmittel, beispielsweise Adsorptionsmittel auf der Basis von Aktivkohle und 4A-Molekularsiebe verwendet werden. Es versteht sich ferner, daß die Anzahl der verwendeten Stufen variiert werden kann und daß Variationen hinsichtlich der Verfahrensabfolge entsprechend bekannten Vorgehensweisen auf dem Gebiet der Druckwechseladsorption vorgenommen werden können, insbesondere im Hinblick auf die Druckwechselschritte, um die Gesamtarbeitsweise und den Strom des gewünschten Produkts zu glätten.
Das Duplex-Druckwechseladsorptionsverfahren nach der Erfindung eignet sich insbesondere für die Beseitigung von schweren Verunreinigungen aus einer wertvollen, schwach adsorbierbaren leichten Komponente. In einem solchen Fall ist eine hohe Ausbeute des leichten Gases notwendig, und diese läßt sich durch konventionelle Druckwechseladsorptionsverfahren nicht erreichen. Ein besonderes Beispiel dafür ist die Beseitigung von Stickstoff aus einem unreinen Argonstrom, der etwa 100 ppm Stickstoff enthält. Ein superatmosphärischer Betrieb ist erwünscht, um zu gewährleisten, daß keine Umgebungsluft in das Argon einleckt. Bei Anwendung des in FIG. 1 veranschaulichten Systems wird der unreine Argoneinsatzstrom bei 210 kPa verwendet, während der Desorptionsdruck 105 kPa beträgt, so daß für ein Druckverhältnis von 2:1 gesorgt wird, ohne daß in diesem Fall ein Unterdruck benötigt wird. Bei einer Außentemperatur von 300 ºK befinden sich das Adsorberbett (die Adsorberbetten) aus 1 3X- Molekularsiebmaterial, die mit 100 ppm Stickstoff im Argon bei 210 kPa im Gleichgewicht sind, mit 172 ppm Stickstoff bei 105 kPa im Gleichgewicht. Die Beseitigung des stärker selektiv adsorbierbaren Stickstoffs durch den Niederdruck-Verdrängungsschritt der Erfindung erfordert es, mindestens 58 % des Ausstroms aus dem Adsorberbett für den Niederdruck- Verdrängungsschritt zu verwenden. In der Praxis wird ein Verdrängungsstrom von 60 % oder mehr in diesem Fall benutzt, um Abweichungen vom Idealzustand in dem Verfahren zu kompensieren und um sicherzustellen, daß die gewünschte Reinheit erreicht wird. Würde nur das normale Verfahren mit einem Verdrängungsstrom von nur 60 % angewendet, wäre die Argonausbeute auf etwa 40 % beschränkt, was in der kommerziellen Praxis nicht akzeptabel ist. Diese Ausbeute könnte nur durch Steigern des Druckverhältnisses, durch Anheben des hohen Druckes oder durch Zuhilfenahme einer Desorption bei Unterdruck gesteigert werden. Die Ausbeute aufgrund solcher konventioneller Verfahrensführungen wäre gleichwohl noch immer schlecht, und der Prozeß wäre für eine solche Argonreinigung und -gewinnung unbefriedigend.
Bei dem Duplex-Verfahren nach der Erfindung wird der von dem normalen Bettabschnitt abgehende Strom in den invertierten Beffabschnitt eingeleitet. Für diese spezielle Anwendung wird dieser Abschnitt mit einem sehr hohen Rücklaufverhältnis betrieben, d.h. dem Verhältnis zwischen dem in Vorwärtsrichtung strömenden Hochdruck-Verdrängungsstrom und dem in Rückwärtsrichtung fließenden Niederdruckstrom.
Bei Betten, die anfänglich mit nahezu reinem Argon gefüllt sind, steigt die Stickstoffkonzentration in dem Speicherbehälter langsam an und erreicht einen Grenzwert, der von der Entnahmemenge über das Ventil 17 der Ausführungsform gemäß FIG. 1 abhängt. Wenn nur 1 % des leichten Produktstroms über das Ventil 17 abgeleitet wird, nähert sich die Zusammensetzung in dem Speicherbehälter schließlich dem Wert von 1 % Stickstoff im Argon. Dies entspricht einer Argonausbeute von etwa 99 %. Für höhere Ableitraten sind die Konzentration niedriger und die Ausbeute niedriger, während für niedrigere Ableitraten die Stickstoftkonzentration höher ist und die Argonausbeute höher ist. Es versteht sich, daß der wirtschaftliche Grenzwert der Argonausbeute durch wirtschaftliche Überlegungen für jeden gegebenen Einzelfall bestimmt wird; Ausbeuten von über 99 % sind jedoch in der Praxis bei dem Duplex- Verfahren nach der Erfindung erreichbar. Die Trennung von Luft in Sauerstoff (plus Argon) und Stickstoff ist ein Beispiel für die Trennung eines Einsatzgasstromes in gereinigte leichte und schwere Ströme. In vielen solcher Anwendungen ist nur ein einziges Produkt, Sauerstoff oder Stickstoff, erforderlich, während die anderen Komponenten als Abgas abgelassen werden. In solchen Fällen ist möglicherweise eine hohe Produktausbeute nicht sehr wichtig, weil die Außenluft frei zur Verfügung steht, und in diesem Fall wird das Duplex-Verfahren der Erfindung nicht benötigt. Wenn beide Produkte von Wert sind, ist es erwünscht, das Abgas zu minimieren, und die Anwendung des Duplex-Verfahrens ist von Vorteil.
Außerdem stellt beispielsweise Einsatzluft, wenn sie verdichtet und zur Beseitigung von Wasserdampf oder Kohlendioxid vorbehandelt wird, nicht mehr eine frei verfügbare Sache dar, und eine hohe Ausbeute wird aus wirtschaftlichen Gründen wichtig. Das Duplex-Adsorptionsverfahren gemäß der Erfindung ist in der Lage, die gewünschte Ausbeute zu erzielen.
Bei der praktischen Anwendung der Erfindung für eine solche Luftzerlegung entsprechend der Ausführungsform der FIG. 2 strömt Gas in Vorwärtsrichtung mit hohem Druck in den Betten 4 und 4a sowie in Rückwärtsrichtung mit niedrigem Druck in den Betten 7 und 7a. Stickstoff wird desorbiert und aus den Betten 7 und 7a verdrängt sowie bei einem höheren Partialdruck im Bett 4a erneut adsorbiert. Es versteht sich, daß die Bewegung der Adsorptionsfronten bei dieser Luftzerlegungsanwendung so gesteuert wird, daß das schwere Produkt, d.h. Stickstoff, in hochreiner Form erhalten wird und sehr geringe Mengen an leichten Komponenten, d.h. Sauerstoff und Stickstoff, enthält. Infolgedessen kann wenig oder kein Durchbruch der Desorptionsfront in dem invertierten Beffabschnitt toleriert werden. Für jeden Abschnitt einer Stufe bewegt sich die Front in Vorwärtsrichtung als eine Adsorptionsfront während der Hochdruckschriffe, wenn Gas in Vorwärtsrichtung strömt. Die Front bewegt sich in Rückwärtsrichtung als eine Desorptionsfront während der Niederdruckschritte, wenn das Gas in Rückwärtsrichtung strömt. In dem normalen Bettabschnitt sollte sich die Front vorzugsweise während der Schritte dieser Anwendung, bei denen ein Strom in Vorwartsrichtung auftritt, nicht weiter nach vorne bewegen, als sie sich während der Schritte mit Strömen in Rückwärtsrichtung in Rückwärtsrichtung bewegen kann. Dies läßt sich dadurch sicherstellen, daß ausreichend Rückwärtsverdrängungsgas in Relation zu dem resultierenden Vorwärtsproduktstrom verwendet wird.
In dem invertierten Bettabschnitt sollte sich die Front zweckmäßigerweise während der Gruppe von Rückwärtsströmschritten nicht weiter nach hinten bewegen, als sie sich während der Gruppe von Vorwärtsströmschritten nach vorne bewegt. Dies kann nicht einfach dadurch gewährleistet werden, daß ausreichend Vorwärtsverdrängungsgas in Relation zu dem resultierenden Rückwärtsproduktstrom verwendet wird, weil das Verhältnis von Frontgeschwindigkeit zu Gasdurchflußmenge bei hohem Druck kleiner als bei niedrigem Druck ist. Selbst wenn das gesamte Gas, welches das Ende des invertierten Bettabschnittes verläßt, als Vorwärtsverdrängungsgas benutzt würde, so daß kein Gas für das resultierende Rückwärtsprodukt verbleibt, würde sich die Front während des Konstantdruck-Rückwärtsströmschrittes weiter bewegen. Um einen Durchbruch unter diesen Umständen bei der Luftzerlegungsanwendung zu vermeiden, werden die mit varuerendem Druck ablaufenden Schritte so ausgeführt, daß sich die Front weiter nach vorne als nach hinten bewegt. Ferner erfolgt dies ohne Verwendung eines signifikanten resultierenden Vorwärtsgasstroms während der Gruppe der mit varuerendem Druck ablaufenden Schritte, weil jeder solche resultierende Strom einen ausgleichenden resultierenden Strom in Rückwärtsrichtung während der Konstantdruckschritte erfordern würde, was die Tendenz hätte, diesen Umstand zu verschlechtern.
Infolgedessen wird die Erfindung für diese Luftzerlegungsanwendung so ausgeführt, daß für einen vollen Vorwärtsstrom während des Aufdrückschrittes und für einen vollen Rückwärtsstrom während des Entspannungsschrittes gesorgt wird. In einem Schritt wird die gesamte Stufe, d.h. sowohl der normale Bettabschnitt als auch der invertierte Bettabschnitt, aufgedfilckt, indem ein Vorwärtsstrom aus reinem, mit schwerer Komponente reichem Gas am Boden des invertierten Bettabschnitts eingeleitet wird. In dem entsprechenden Entspannungsschritt wird ein Rückwärtsstrom aus reinem, mit schwerer Komponente reichem Gas von dem unteren Ende des invertierten Bettabschnitts abgeleitet. Die mittleren Drücke für die beiden Schritte sind näherungsweise gleich, so daß die mittleren Verhältnisse von Adsorptionsfront- Geschwindigkeit zu lokaler Gasdurchflußmenge nahezu gleich sind. Die Gesamtgasdurchflußmengen an dem unteren Ende des invertierten Bettabschnitts sind gleichfalls nahezu gleich. Die mittlere Position der Front liegt jedoch während des Aufdrückschrittes dichter bei dem invertierten Ende der Stufe als während des Entspannungsschrittes, und die örtlichen Gasdurchflußmengen variieren stark, wobei sie nahe dem invertierten Ende sehr viel größer sind. Diese Variation der lokalen Gasdurchflußmenge sorgt für die erforderliche Differenz der Adsorptionsfrontgeschwindigkeiten. Das Ergebnis ist eine resultierende Vorwärtsbewegung der Front während der mit varuerendem Druck ablaufenden Schritte, die groß genug ist, um der resultierenden Rückwärtsbewegung während der mit konstantem Druck ablaufenden Schritte entgegenzuwirken. Infolgedessen ist die gesamte resultierende Bewegung vernachlässigbar, und sie konvergiert zu Null, während das zyklische Arbeiten fortgesetzt wird.
Es versteht sich, daß für Luftzerlegungsanwendungen der Einsatz von zweckentsprechenden Schritten mit varuerendem Druck erforderlich ist, um die Vorwärtsbewegung der Front auszugleichen und einen unerwünschten Durchbruch von leichter Komponente in das schwere Produkt zu verhindern. Wie in der oben erläuterten Argon-Reinigungsanwendung würde normalerweise eine wesentliche Menge an Gasstrom an dem normalen Bettabschnittsende der Stufe verwendet werden. Bei dieser Luftzerlegungsanwendung könnte jedoch bei einem solchen Vorgehen die Bewegung der Front in dem invertierten Abschnitt der Stufe durch keine Rückflußmenge, wie groß auch immer, ausgeglichen werden, und nicht tolerierbare Mengen an leichter Komponente würden in das schwere Produkt entweichen.
Bei Anwendung des Duplex-Verfahrens für die Luftzerlegung ist es erwünscht, den Druckausgleich an dem schweren Produktende der Betten auszuführen, beispielsweise indem ein Ventil 26 in einer Leitung 27 geöffnet wird, während die anderen Ventile geschlossen sind. Dieser Schritt wird fortgesetzt, bis die Drücke in den Betten 4a und 7a nahezu gleich sind. Die Drücke in den Betten 4 und 7 können gleichzeitig ausgeglichen werden, indem man einen Strom über das Ventil 13 zuläßt; vorzugsweise erfolgt jedoch der gesamte Ausgleichsstrom für diese Anwendung über das Ventil 26. Nach Ausgleich der Drücke werden das Ventil 26 und, falls es offen war, auch das Ventil 13, geschlossen, und die Ventile 20 und 19 werden geöffnet, so daß der Kompressor 22 den Druck in den Bettabschnitten 4 und 4a weiter senken und den Druck in den Bettabschnitten 7 und 7a erhöhen kann.
Wie bei der generellen Anwendung der Erfindung und in dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel werden die restlichen Schritte des zyklischen Verfahrens für die Luftzerlegungsanwendung in ähnlicher Weise ausgeführt, wobei jedoch die Ventile so eingestellt werden, daß die Positionen der Betten 4 und 7 sowie der Betten 4a und 7a effektiv vertauscht werden.
Bei einem Betrieb des Duplex-Verfahrens zur Luftzerlegung bei 300 ºK, einem hohen Druck von 105 kPa und einem niedrigen Druck von 70 kPa unter Verwendung von 1 3X-Molekularsieb-Adsorptionsmittel bei einem Gesamtbettvolumen von 360 m³, d.h. 252000 kg, und einer Zykluszeit von 60 sec können ein leichtes Produkt aus Sauerstoff und Argon mit einer nahezu totalen Ausbeute von 99,9+% und einer Stickstoffkonzentration von etwa 10 ppm sowie ein schweres Stickstoffprodukt mit nahezu vollständiger Ausbeute von 99,9+% bei einem Sauerstoff- und Argongehalt von etwa 5 ppm erhalten werden.
Das Duplex-Verfahren nach der Erfindung stellt damit einen hocherwünschten Fortschritt in der Adsorptionstechnik dar. Dadurch, daß es möglich wird, sowohl die weniger selektiv adsorbierbare leichte Komponente als auch die stärker selektiv adsorbierbare schwere Komponente eines Fluideinsatzgemisches mit verbesserten Reinheits- und Ausbeutewerten zu erhalten, macht es die Erfindung möglich, eine erwünschte Druckwechseladsorptionstechnologie effektiv bei praktischen kommerziellen Anwendungen von zunehmender industrieller Bedeutung anzuwenden.

Claims

1.Duplexdruckwechseladsorptionsverfahren zur Zerlegung eines Einsatzgasgemisches in einem System mit mindestens zwei Druckwechseladsorptionsstufen, die ein Adsorptionsmittel enthalten, welches in der Lage ist, eine stärker selektiv adsorbierbare Komponente von dem Einsatzgasgemisch abzutrennen, welches die besagte Komponente und eine weniger selektiv adsorbierbare leichte Komponente enthält, wodurch eine Adsorptionsfront der stärker selektiv adsorbierbaren, schweren Komponente in der entsprechenden Adsorptionsstufe gebildet wird, wobei die Stufe einen normalen Bettabschnitt und einen invertierten Bettabscbnitt aufweist und auf einer zyklischen Basis einer Verfahrensabfolge unterworfen wird, bei welcher

(a) die stärker selektiv adsorbierbare, schwere Komponente bei einem oberen Adsorptionsdruck zu dem unteren Ende des invertierten Bettabschnitts einer Stufe geleitet wird, um die weniger selektiv adsorbierbare, leichte Komponente darauf zu verdrängen, wobei das so von dem oberen Ende des invertierten Bettabschnitts verdrängte Ausstromgas in das untere Ende des normalen Bettabschnittes jener Stufe bei dem oberen Adsorptionsdruck geleitet wird, um nach vorne durch diesen zu strömen;

(b) weniger selektiv adsorbierbare leichte Komponente von dem oberen Ende des normalen Bettabschnittes der besagten Stufe abgezogen wird, wobei ein Teil der abgezogenen weniger selektiv adsorbierbaren leichten Komponente von dem System gewonnen wird;

(c) die besagte Stufe von dem oberen Adsorptionsdruck auf einen niedrigeren Desorptionsdruck entspannt wird, wobei anfänglich Gas von der besagten Stufe bei einem höheren Druck zu einer anderen Stufe geleitet wird, die anfänglich auf einem niedrigeren Druck ist, um die Drücke dazwischen auszugleichen;

(d) ein anderer Teil der weniger selektiv adsorbierbaren leichten Komponente, die im Verfahrensschritt (b) von einer anderen Stufe abgezogen wurde, zu dem oberen Ende des normalen Bettabschnittes bei dem niedrigeren Desorptionsdruck geleitet wird, um durch diesen in einer Rückwärtsrichtung zu strömen, wodurch die zuvor adsorbierte schwere Komponente davon verdrängt wird, wobei das so von dem unteren Ende des normalen Bettabschnitts verdrängte Ausstromgas in das obere Ende des invertierten Bettabschnittes bei dem niedrigeren Desorptionsdruck geleitet wird, um zusätzliche Mengen der schweren Komponente davon bei dem niedrigeren Desorptionsdruck zu verdrängen;

(e) stärker selektiv adsorbierbare, schwere Komponente von dem unteren Ende des invertierten Bettabschnitts bei dem niedrigeren Desorptionsdruck abgezogen wird, wobei ein Teil der abgezogenen stärker selektiv adsorbierbaren Komponente von dem System gewonnen wird und ein weiterer Teil zwecks Überleitung zu dem unteren Ende einer oder mehrerer anderer Stufen während dem Schritt (a) davon benutzt wird;

(f) eine Stufe von dem niedrigeren Desorptionsdruck auf den oberen Adsorptionsdruck aufgedrückt wird, wobei anfänglich Gas von einer anderen Stufe bei einem höheren Druck zu der besagten einen Stufe geleitet wird, die anfänglich auf einem niedrigeren Druck ist, um die Drücke dazwischen auszugleichen;

(g) das Einsatzgasgemisch zu der besagten einen Stufe an einer zwischen dem normalen Bettabschhitt und dem invertierten Bettabschnitt liegenden Stelle während des Verfahrensschrittes (a) eingebracht wird; und

(h) die Schritte (a) bis (g) mit zusätzlichen Mengen des Einsatzgasgemisches auf einer zyklischen Basis wiederholt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem jede Stufe ein einzelnes Adsorberbett aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem jede Stufe ein einzelnes Adsorberbett für den normalen Bettabschnitt und den invertierten Bettabschnitt aulweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das System zwei Druckwechseladsorptionsstufen aulweist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Fluidgemisch Argon als die weniger selektiv adsorbierbare leichte Komponente und Verunreinigungen als die stärker selektiv adsorbierbare Komponente aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Einsatzgasgemisch ein Gemisch von Sauerstoff als die stärker selektiv adsorbierbare Komponente und Argon als die weniger selektiv adsorbierbare leichte Komponente aulweist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Binsatzgasgemisch Helium als die weniger selektiv adsorbierbare leichte Komponente und Stickstoff und Methan als die stärker selektiv adsorbierbare schwere Komponente aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Einsatzgasgemisch Wasserstoff als die weniger selektiv adsorbierbare leichte Komponente und Verunreinigungen als die stärker selektiv adsorbierbare schwere Komponente aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Einsatzgasgemisch Xenon als die weniger selektiv adsorbierbare leichte Komponente und Verunreinigungen als die stärker selektiv adsorbierbare schwere Komponente aulweist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Einsatzgasgemisch Krypton als die weniger selektiv adsorbierbare leichte Komponente und Verunreinigungen als die stärker selektiv adsorbierbare schwere Komponente aufweist.