DD265806A1 - VALVE BLOCK FOR PRESSURE CHANGE ADSORPTION PLANTS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung beinhaltet einen Ventilblock zur Steuerung einer Druckwechseladsorptionsanlage, welche zum adsorptiven Trennen von Gasgemischen dient. Alle Adsorberventile sind in einem quaderfoermigen Ventilblock angeordnet. Die einem Adsorber zugeordneten Adsorberventile sind, eine Reihe bildend, durch eine Adsorbergasleitung miteinander verbunden. Der Ventilblock weist an den Adsorberventilen eine Aussparung auf, die einen Teil der Adsorbergasleitung bildet. In den Aussparungen ist jeweils ein Rohr eingesetzt, das mit der Aussparung einen Ringspalt bildet und das ueber eine kreuzartige Verzweigung zu einer Produktgasleitung fuehrt. Die Achse des zu der Produktgasleitung fuehrenden Rohres und die Achse einer Adsorbergasleitung schneiden sind. Jede Produktgasleitung fuehrt somit ueber die kreuzartige Verzweigung zu mehreren in verschiedenen Adsorbergasleitungen angeordneten Adsorberventilen und steht dadurch mit allen Adsorbern in Verbindung. Die Adsorberventile bestehen aus pneumatisch betaetigten Membranventilen. Fig. 3The invention includes a valve block for controlling a pressure swing adsorption plant, which serves for the adsorptive separation of gas mixtures. All adsorber valves are arranged in a block-shaped valve block. The adsorber associated adsorber, forming a series, connected by a Adsorbergasleitung together. The valve block has a recess on the adsorber valves which forms part of the adsorber gas line. In the recesses in each case a tube is inserted, which forms an annular gap with the recess and leads over a cross-type branching to a product gas line. The axis of the tube leading to the product gas line and the axis of an adsorber gas line are intersecting. Each product gas line thus leads, via the cross-type branching, to several adsorber valves arranged in different adsorber gas lines and is therefore in communication with all the adsorbers. The adsorber valves consist of pneumatically actuated diaphragm valves. Fig. 3
Description
Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings
Die Erfindung wird zur Steuerung von Druckwechseladsorptionsanlagen angewendet, welche zum adsorptiven Trennen von Gasgemischen dienen, insbesondere zum Gewinnen von Sauerstoff oder Stickstoff aus der Luft.The invention is used for the control of pressure swing adsorption plants, which serve for the adsorptive separation of gas mixtures, in particular for the recovery of oxygen or nitrogen from the air.
Zum Trennen von Gasgemischen werden heutzutage wegen ihrer Wirtschaftlichkeit und wegen ihrer Effektivität häufig Adsorptionsverfahren eingesetzt. Besonders bewährt haben sich in der letzten Zeit Verfahren, die mit wechseldem Druck arbeiten. Bei ihnen wird die Desorption des beladenen Adsorbens durch eine Druckabsenkung vorgenommen, welche häufig durch die Anwendung eines Spülgases komplettiert wird.For separating gas mixtures, adsorption processes are frequently used today because of their economy and because of their effectiveness. In the recent past, methods that work with alternating pressure have proved particularly useful. In them, the desorption of the loaded adsorbent is made by a pressure reduction, which is often completed by the application of a purge gas.
Die bekannten Druckwechseladsorptionsanlagen weisen eine Vielzahl von Ventilen zur Steuerung der Gasströme auf. Diese Ventile erhöhen den materialmäßigen und kostenmäßigen Aufwand beträchtlich. Man ist daher bestrebt, den durch die Ventile entstehenden Aufwand zu verringern.The known pressure swing adsorption systems have a plurality of valves for controlling the gas flows. These valves increase the material and cost considerably. It is therefore desirable to reduce the costs incurred by the valves effort.
Aus der DE-OS 3310759 ist hierzu bekannt, die in die Hauptanschlußleitungen integrierten Ventile in einem Ventilblock zusammenzufassen. Die Ventilblöcke sind jeweils am Gaseinlaß und am Gasaustritt des Adsorbers vorgesehen. Durch die Ventilblöcke wird die Verrohrung an den Adsorbern erheblich verringert. Die konstruktive Gestaltung dieser Ventilblöcke ist in der DE-OS 3310759 jedoch nicht beschrieben.From DE-OS 3310759 this is known to summarize the integrated in the main connection lines valves in a valve block. The valve blocks are each provided at the gas inlet and at the gas outlet of the adsorber. The valve blocks significantly reduce the piping on the adsorbers. However, the structural design of these valve blocks is not described in DE-OS 3310759.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist es, bei Druckwechseladsorptionsanlagen den material- und kostenmäßigen Aufwand für die Ventile und die Rohrleitungen an den Adsorbern zu verringern und eine platzsparende Bauweise der Anlagen zu ermöglichen.The aim of the invention is to reduce the cost of material and cost of the valves and the piping to the adsorbers in pressure swing adsorption and to allow a space-saving design of facilities.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventilblock für Druckwechseladsorptionsanlagen zu entwickeln, in dem die an einer Seite der Adsorber vorgesehenen Adsorberventile aller zur Druckwechseladsorptionsanlage gehörenden Adsorber auf engstem Raum nebeneinander angeordnet sind.The invention has for its object to develop a valve block for pressure swing adsorption, in which the provided on one side of the adsorber adsorber all belonging to the pressure swing adsorption adsorber are arranged in a confined space next to each other.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Ventilblock die einem Adsorber zugeordneten Adsorberventile eine Reihe bildend durch eine Adsorbergasleitung miteinander verbunden sind. Jede Adsorbergasleitung führt von dem Ventilblock zu einem Adsorber und mündet dort an einer Adsorberseite in diesen. Zu dem Ventilblock führen weiterhin Produktgasleitungen für die über die Adsorbergasleitungen in die Adsorber einströmenden oder aus den Adsorbem ausströmenden Gase. Die Adsorberventile sind über in dem Ventilblock befindliche, in der Regel kreuzartig ausgebildete, Verzweigungen mit den Produktgasleitungen verbunden. Ein Adsorberventil öffnet oder schließt somit die Verbindung zwischen einer Produktgasleitung und einer Adsorbergasleitung. Der Ventilblock weist an den Adsorberventilen jeweils eine Aussparung auf; die Ausparungen bilden einen Teil der Adsorbergasleitungen. In den Aussparungen ist jeweils ein über eine Verzweigung zu einer Produktgasleitung führendes Rohr eingesetzt, welches mit der Aussparung einen Ringspalt bildet. Der Ringspalt und das Rohr bilden einen Teil eines Adsorberventiles. Die Achse des zu der Produktgasleitung führenden Rohres und die Achse der Adsorbergasleitung schneiden sich jeweils. Auf diese Weise wird ermöglicht, daß Gas aus der Produktlgasleitung durch die Verzweigung durch das Rohr und die Aussparung in die Adsorbergasleitung strömen kann.The object is achieved in that in the valve block, the adsorber associated adsorber valves forming a series are connected by a Adsorbergasleitung together. Each Adsorbergasleitung leads from the valve block to an adsorber and flows there at an adsorber in this. Product gas lines for the gases flowing into the adsorbers via the adsorber lines or out of the adsorbents also continue to the valve block. The adsorber valves are connected via branches located in the valve block, usually cross-shaped, with the product gas lines. An adsorber valve thus opens or closes the connection between a product gas line and an adsorber gas line. The valve block has a recess on the adsorber valves; the recesses form part of the adsorber gas lines. In the recesses in each case via a branch to a product gas line leading tube is used, which forms an annular gap with the recess. The annular gap and the tube form part of an adsorber valve. The axis of the tube leading to the product gas line and the axis of the adsorber gas line intersect respectively. In this way, gas is allowed to flow from the product gas line through the branch through the pipe and the recess into the adsorber gas line.
Da von jedem Adsorber eine Adsorbergasleitung in den Ventilblock führt, entspricht die Zahl der in dem Ventilblock befindlichen Adsorbergasleitungen der Zahl der zu der Druckwechseladsorptionsanlage gehörenden Adsorber.Since an adsorber gas line leads from each adsorber into the valve block, the number of adsorber gas lines in the valve block corresponds to the number of adsorbers belonging to the pressure swing adsorption system.
An dem der Produktgasleitung gegenüberliegenden Ende des Rohres ist eine Membran angeordnet, die in der Lage ist, die durch das Rohrende gebildete Durchtrittsöffnung zu verschließen, wenn sie mit Steuergas beaufschlagt wird.At the end of the tube opposite the product gas line, a membrane is arranged which is able to close the through-opening formed by the tube end when it is supplied with control gas.
Da die Durchtrittsöffnung Bestandteil eines Adsorberventiles ist, wird auf diese Weise das Adsorberventil geschlossen, wenn die Membran mit Steuergas beaufschlagt wird.Since the passage opening is part of an adsorber valve, in this way the adsorber valve is closed when the membrane is charged with control gas.
Bei Druckwechseladsorptionsanlagen mit drei Adsorbem sind die Adsorbergasleitungen und die Produktgasleitungen von ihrer Anordnung am Ventilblock her miteinander austauschbar. Daher können an jenem Ort an dem Ventilblock, an dem die Produktgasleitungen in den Ventilblock münden, an Stelle der Produktgasleitungen die Adsorbergasleitungen münden. Dabei sind in diesem Fall die Produktgasleitungen an jenem Platz angeordnet, an dem sonst die Adsorbergasleitungen vorgesehen sind. In diesem Fall bilden in dem Ventilblock die Adsorberventile in den Produktgasleitungen eine Reihe.In pressure swing adsorption systems with three adsorbers, the adsorber gas lines and the product gas lines are interchangeable with each other from their location on the valve block. Therefore, instead of the product gas lines, the adsorber gas lines can open at that location on the valve block at which the product gas lines open into the valve block. In this case, the product gas lines are arranged in that place at which else the adsorber gas lines are provided. In this case, the adsorber valves in the product gas lines form a row in the valve block.
Um ein selbsttätiges Anfahren der Anlage zu ermöglichen, sind die Adsorberventile, durch die das Gasgemisch, das in den Adsorbem einem Adsorptionsprozeß unterzogen werden soll (beispielsweise Luft), in den Ventilblock eintritt, jeweils mit einem Druckverstärker versehen. Ein solcher Druckverstärker besteht aus einer zweiten Membran und einem Druckelement, welche beide an der der Durchtrittsöffnung des Adsorberventils abgewandten Seite der die Durchtrittsöffnung verschließenden Membran angeordnet sind. Dabei ist die durch'Steuergas beaufschlagte Fläche der zweiten Membran größer als die Fläche der Durchtrittsöffnung des Adsorberventils. Zwischen den beiden Membranen ist das Druckelement vorgesehen, das den auf die zweite Membran ausgeübten Druck auf die an der Durchtrittsöffnung angeordnete Membran überträgt.In order to enable an automatic start-up of the system, the adsorber valves through which the gas mixture which is to be subjected to an adsorption process in the adsorbent (for example air) enters the valve block are each provided with a pressure booster. Such a pressure booster consists of a second membrane and a pressure element, which are both arranged on the side facing away from the passage opening of the adsorber valve side of the diaphragm closing the passage opening. In this case, the area of the second membrane acted upon by the control gas is greater than the area of the passage opening of the adsorber valve. Between the two membranes, the pressure element is provided which transmits the pressure exerted on the second membrane pressure on the arranged at the passage opening membrane.
Zweckmäßigerweise ist in dem Ventilblock in jeder Adsorbergasleitung ein Druckausgleichsventil angeordnet, das mit den Druckausgleichsventilen der anderen Adsorbergasleitungen in Verbindung steht. Auf diese Weise sind in dem Ventilblock in jeder Adsorbergasleitung die einem Adsorber zugeordneten Adsorberventile und ein Druckausgleichsventil angeordnet.Conveniently, in the valve block in each Adsorbergasleitung a pressure compensation valve is arranged, which is in communication with the pressure equalizing valves of the other adsorber gas lines. In this way, the adsorber associated adsorber valves and a pressure compensation valve are arranged in the valve block in each adsorber.
Letzteres wird dann geöffnet, wenn zwischen zwei Adsorbem ein Druckausgleich erfolgen soll.The latter is then opened when pressure equalization is to take place between two adsorbers.
Ein Ventilblock ist jeweils einer Adsorberseite mehrerer Adsorber zugeordnet. Eine Druckwechseladsorptionsanlage weist somitA valve block is assigned in each case to one adsorber side of a plurality of adsorbers. A pressure swing adsorption plant thus has
2 Ventilblöcke auf.2 valve blocks on.
Unter Produktgasleitungen sind im Sinne der Erfindung die Leitungen zu verstehen, durch die Produktgase den Ventilblöcken zugeführt oder von denen weggeführt werden. Produktgase sind das zu trennende Gasgemisch (beispielsweise Luft), Spülgas, Restgas und das gewonnene annähernd reine Gas (beispielsweise Sauerstoff). Im Gegensatz dazu sind unter Adsorbergasleitungen die zwischen den Adsorbem und den Ventilblöcken angeordneten Leitungen zu verstehen.For the purposes of the invention, product gas lines are to be understood as meaning the lines through which product gases are supplied to the valve blocks or away from them. Product gases are the gas mixture to be separated (for example air), purge gas, residual gas and the almost pure gas (for example oxygen) obtained. In contrast, under Adsorbergasleitungen the arranged between the adsorbent and the valve blocks lines to understand.
Ein Ventilblock besteht zweckmäßigerweise aus Aluminium oder aus einem Kunststoff-Thermoplast. Im letzteren Fall kann solch ein Ventilblock durch Spritzgießen hergestellt werden.A valve block is expediently made of aluminum or of a plastic thermoplastic. In the latter case, such a valve block can be produced by injection molding.
Die Erfindung bringt den Vorteil einer erheblichen Material- und Gewichtsersparnis und einer guten Überschaubarkeit der zur Anlage gehörenden Adsorberventile mit sich.The invention has the advantage of a considerable material and weight savings and a good manageability of belonging to the system adsorber valves with it.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing show:
Fig. 1: einen Längsschnitt durch einen Ventilblock;1 shows a longitudinal section through a valve block.
Fig. 2: einen Querschnitt durch einen Ventilblock;2 shows a cross section through a valve block;
Fig.3: eine räumliche Darstellung eines mit der unteren Adsorberseite in Verbindung stehenden Ventilblockes.3 shows a perspective view of a valve block connected to the lower adsorber side.
In einer Druckwechseladsorptionsanlage soll Sauerstoff mit einer Konzentration von etwa 92 Vol.-% aus der Luft gewonnen werden. Die Anlage besitzt 3 Adsorber, die vertikal nebeneinander angeordnet sind. Mit der unteren und mit der oberen Seite der Adsorber steht jeweils über Adsorbergasleitungen ein Ventilblock in Verbindung. Beide Ventilblöcke besitzen die gleiche konstruktive Gestaltung, lediglich die Art der zugeführten Gase ist unterschiedlich. Nachfolgend wird der der unteren Adsorberseite zugeordnete Ventilblock beschriebenIn a pressure swing adsorption plant oxygen with a concentration of about 92 vol .-% is to be recovered from the air. The plant has 3 adsorbers, which are arranged vertically next to each other. With the lower and with the upper side of the adsorber is in each case via Adsorbergasleitungen a valve block in connection. Both valve blocks have the same structural design, only the type of gases supplied is different. Hereinafter, the valve block associated with the lower adsorber side will be described
Der Ventilblock weist die Form eines Quaders mit quadratischer Grundfläche auf. Er besteht aus Aluminium. Die The valve block has the shape of a cuboid with a square base. It is made of aluminum. The
3 Adsorbergasleitungen 1, die den Ventilblock mit der unteren Seiteeines jeden Adsorbers verbinden, führen — wie aus der Fig.3 ersichtlich — von der oberen Seite des Ventilblockes aus in diesen hinein. In dem Ventilblock sind in den 3 Adsorbergasleitungen 1 jeweils 3 Adsorberventile 2 angeordnet, so daß der Ventilblock insgesamt 9 Adsorberventile 2 aufweist. Dabei bilden jeweils 3 Adsorberventile 2 an 3 Außenflächen des Ventilblockes eine Reihe. Somit sind in dem Ventilblock in jeder Adsorbergasleitung 1 jeweils 3 Adsorberventile 2 hintereinander angeordnet.3 Adsorbergasleitungen 1, which connect the valve block with the lower side of each adsorber, lead - as can be seen from Figure 3 - from the upper side of the valve block into this. In the valve block, 3 adsorber valves 2 are arranged in the three adsorber gas lines 1, so that the valve block has a total of 9 adsorber valves 2. In each case, 3 adsorber valves 2 form a row on 3 outer surfaces of the valve block. Thus, in each case 3 adsorber valves 2 are arranged one behind the other in the valve block in each adsorber gas line 1.
Der Ventilblock weist an jedem Adsorberventil 2 eine zylindrische Aussparung 3 auf, die einen Teil der Adsorbergasleitungen 1 bilden. Die Adsorbergasleitungen 1 bestehen somit in dem Ventilblock aus Längsbohrungen und den Aussparungen 3. Zu der vierten Außenfläche des Ventilblockes, in der keine Adsorberventile 2 angeordnet sind, führen die 3 Produktgasleitungen 4, durch die unterschiedliche Gase dem Ventilblock zugeführt bzw. aus diesem weggeführt werden. Die Anordnung der Produktgasleitungen 4 erfolgt im rechten Winkel zuden Adsorbergasleitungen 1. Die Produktgasleitungen 4 weisen in dem Ventilblock eine kreuzartige Verzweigung 5 auf, von der 3 Gasleitungen jeweils über das eingesetzte Rohr 6 zu einem Adsorberventil 2 führen. Jedes Rohr 6 bildet mit einer Aussparung 3 einen Ringspalt. Die Fläche des Ringspaltes entspricht der Innenquerschnittsfläche des Rohres 6.The valve block has a cylindrical recess 3 on each adsorber valve 2, which form part of the adsorber gas lines 1. The adsorber gas lines 1 thus consist in the valve block of longitudinal bores and the recesses 3. To the fourth outer surface of the valve block, in which no adsorber valves 2 are arranged, lead the 3 product gas lines 4, fed by the different gases to the valve block or be led away from this. The arrangement of the product gas lines 4 takes place at right angles to the adsorber gas lines 1. The product gas lines 4 have a cross-type branch 5 in the valve block, from which 3 gas lines each lead via the inserted tube 6 to an adsorber valve 2. Each tube 6 forms with a recess 3 an annular gap. The surface of the annular gap corresponds to the inner cross-sectional area of the tube 6.
Die Achse eines jeden Rohres 6 schneidet sich dabei mit einer Achse einer Adsorbergasleitung 1. Die 3 Produktgasleitungen 4 teilen sich somit in dem Ventilblock und führen jeweils zu drei Adsorberventilen 2. Bei der Geöffnetstellung eines Adsorberventiles 2 kann dadurch Gas aus der Produktgasleitung 4 in eine Adsorbergasleitung 1 strömen oder umgekehrt. Im rechten Winkel zu den Rohren 6 ist diesen jeweils eine Membrane 7 zugeordnet, weiche aus elastischem Polyurethan besteht. Auf der den Rohren 6 abgewandten Seite der Membranen 7 ist die Steuerluftleitung 8 vorgesehen, die zu einem Steuerventil führt. Die Steuerventile sind als Dreiwegeventile ausgebildet. Ein Weg dient dabei zum Entlüften der Steuerluftleitung 8 in dem Fall, in dem die Membran 7 nicht mit Steuerluft beaufschlagt wird.The axis of each tube 6 intersects with an axis of a Adsorbergasleitung 1. The 3 product gas lines 4 thus divide in the valve block and each lead to three adsorber valves 2. At the open position of an adsorber 2 can thereby gas from the product gas line 4 in a Adsorbergasleitung 1 stream or vice versa. At right angles to the tubes 6, these are each assigned a membrane 7, which is made of elastic polyurethane. On the side facing away from the tubes 6 of the membranes 7, the control air line 8 is provided, which leads to a control valve. The control valves are designed as three-way valves. One way is used for venting the control air line 8 in the case in which the diaphragm 7 is not acted upon by control air.
Der besseren Übersicht wegen ist in der Fig. 3 die Steuerluftleitung 8 nicht dargestellt. Die Anordnung der Membranen 7 gegenüber den Rohren 6 erfolgt derart, daß bei dem Beaufschlagen der Membranen 7 mit Steuerluft, die durch die Steuerluftleitung 8 von einem Steuerventil kommt, die Membran 7 an dem Rohr 6 anliegt und dadurch den Gasdurchtritt versperrt. Ist das Adsorberventil 2 geöffnet, so strömt das Gas aus der Adsorbergasleitung 1 durch den Ringspalt an der Membran 7 vorbei in das Rohr 6 oder umgekehrt. An ihrer Außenseite sind die Adsorberventile 2 mit einem Ventildeckel versehen, durch den die Steuerluftleitung 8 führt. Daher sind genaugenommen in Fig. 2 und Fig. 3 die Ventildeckel mit dem Bezugszeichen 2 versehen worden.For the sake of clarity, the control air line 8 is not shown in FIG. The arrangement of the membranes 7 relative to the tubes 6 takes place in such a way that when the diaphragms 7 are supplied with control air, which comes from the control air line 8 from a control valve, the membrane 7 rests against the tube 6 and thereby blocks the gas passage. If the adsorber valve 2 is opened, then the gas flows from the adsorber gas line 1 through the annular gap past the membrane 7 into the tube 6 or vice versa. On its outer side, the adsorber valves 2 are provided with a valve cover, through which the control air line 8 leads. Therefore, strictly speaking in Fig. 2 and Fig. 3, the valve cover has been provided with the reference numeral 2.
Die Adsorberventile 2 sind somit ais Pneumatikventile ausgebildet, die bei dem Beaufschlagen mit Steuerluft geschlossen sind.The adsorber valves 2 are thus designed as pneumatic valves, which are closed when exposed to control air.
Bei einer anderen Ausführungsform des Ventilblocks, welcher der Oberseite der Adsorber zugeordnet ist (in der Zeichnung nicht dargestellt), ist in dem Ventilblock in jeder Adsorbergasleitung 1 außer den 3 Adsorberventilen 2 noch ein Druckausgleichsventil angeordnet, das mit den Druckausgleichsventilen jeder anderen Adsorbergasleitung 1 durch eine Gasleitung verbunden ist. Diese Druckausgleichsventile bilden in jeder Adsorbergasleitung 1 mit den 3 Adsorberventilen 2 jeweils eine Reihe. Sie sind in gleicher Weise ausgebildet wie die Adsorberventile 2. Sie sind während des Betriebes der Druckwechseladsorptionsanlage durch Beaufschlagen mit Steuergas geschlossen, lediglich während des Druckausgleiches zwischen 2 Adsorbem sind die beiden Druckausgleichsventile der am Druckausgleich beteiligten Adsorber geöffnet. Zu diesem Zeitpunkt sind alle in den beiden Ventilblöcken angeordneten Adsorberventile 2 geschlossen. Um ein sicheres Öffnen und Schließen der 3 Adsorberventile 2, die mit der Produktgasleitung 4 in Verbindung stehen, durch die die verdichtete Luft in den Ventilblock strömt, beim Anfahren der Druckwechseladsorptionsanlage zu gewährleisten, sind diese Adsorberventile 2 mit einem Druckverstärker versehen. Diese Druckverstärker bestehen aus einer zweiten Membran, die im Abstand zu der an der Durchtrittsöffnung des Adsorberventils befindlichen Membran 7 angeordnet ist, und aus einem beweglichen Druckelement, das zwischen den beiden Membranen vorgesehen ist. Die durch Steuergas beaufschlagte Fläche der zweiten Membran ist größer als die Fläche der Durchtrittsöffnung des Adsorberventils 2. Das Druckelement überträgt den auf die zweite Membran ausgeübten Druck auf die an der Durchtrittsöffnung angeordnete Membran 7. Auf diese Weise reicht beim Anfahren der Anlage bereits ein geringer Druck zum Schließen der entsprechenden Adsorberventile 2 aus.In another embodiment of the valve block, which is associated with the top of the adsorber (not shown in the drawing), in the valve block in each adsorber 1 except the 3 Adsorberventilen 2 nor a pressure compensation valve arranged with the pressure equalization valves of each other Adsorbergasleitung 1 by a Gas line is connected. These pressure compensation valves form in each Adsorbergasleitung 1 with the 3 adsorber valves 2 each have a number. They are designed in the same way as the adsorber valves 2. They are closed during operation of the pressure swing adsorption by applying control gas, only during the pressure equalization between 2 Adsorbem the two pressure compensation valves of the adsorber participating in the pressure compensation are open. At this time, all the adsorber valves 2 arranged in the two valve blocks are closed. In order to ensure a safe opening and closing of the 3 Adsorberventile 2, which are connected to the product gas line 4, through which the compressed air flows into the valve block to ensure when starting the pressure swing adsorption, these adsorber valves 2 are provided with a pressure booster. These pressure intensifiers consist of a second membrane, which is arranged at a distance from the diaphragm 7 located at the passage opening of the adsorber valve, and a movable pressure element, which is provided between the two diaphragms. The pressurized by control gas surface of the second membrane is greater than the area of the passage opening of the adsorber valve 2. The pressure element transmits the pressure exerted on the second diaphragm pressure on the arranged at the passage diaphragm 7. In this way, when starting the system already low pressure for closing the corresponding adsorber 2 from.
Beim Betrieb der Druckwechseladsorptionsanlage tritt durch die mittlere Produktgasleitung 4 des unteren Ventilblockes die verdichtete Luft, die in einem Adsorber einem Adsorptionsprozeß unterzogen werden soll. Die verdichtete Luft gelangt aus der Produktgasleitung 4 zu der Verzweigung 5 und danach zu den drei Rohren 6 und damit zu den drei Adsorberventilen 2. Zwei von den drei Adsorberventilen 2 sind durch das Beaufschlagen mit Steuerluft durch die Steuerluftleitung 8 geschlossen, das dritte Adsorberventil 2, welches in der Adsorberleitung 1 angeordnet ist, die zu dem Adsorber führt, in dem der Adsorptionsprozeß stattfindet, ist geöffnet. Die verdichtete Luft tritt in dem geöffneten Adsorberventil 2 durch das Rohr 6 hindurch an der Membran 7 vorbei in die Aussparung 3 und gelangt von dieser durch die Adsorberleitung 1 zu dem unteren Ende des jeweiligen Adsorbers. Das Beaufschlagen der Membranen 7 mit Steuerluft und damit das Öffnen und Schließen der Adsorberventile 2 erfolgt mit Hilfe einer elektronischen Steuerung nach einem Zeitplan, wobei über Steuerventile und über die Steuerluftleitungen 8 jeweils Steuerluft zu den Adsorberventilen 2 geführt wird.During operation of the pressure swing adsorption plant passes through the middle product gas line 4 of the lower valve block, the compressed air to be subjected to an adsorber in an adsorption process. The compressed air passes from the product gas line 4 to the branch 5 and then to the three tubes 6 and thus to the three adsorber valves 2. Two of the three adsorber valves 2 are closed by the application of control air through the control air line 8, the third adsorber valve 2, which is arranged in the Adsorberleitung 1, leading to the adsorber, in which the adsorption takes place, is open. The compressed air passes in the open adsorber 2 through the tube 6 past the membrane 7 into the recess 3 and passes from this through the adsorber 1 to the lower end of the respective adsorber. The pressurization of the membranes 7 with control air and thus the opening and closing of the adsorber 2 is carried out by means of an electronic control according to a schedule, being guided via control valves and the control air lines 8 each control air to the adsorber valves 2.
Während in einem Adsorber der Adsorptionsprozeß stattfindet, erfolgt in dem zweiten Adsorber bei gleichzeitiger Spülung der Desorptionsprozeß und der dritte Adsorber wird durch Spülen mit nahezu reinem Sauerstoff für ein erneuten Adsorptionsprozeß vorbereitet. Dabei tritt das aus dem dritten Adsorber kommende Spülgas über eine benachbarte Adsorbergasleitung 1 von oben her in den unteren Ventilblock, strömt innerhalb des Ventilblockes in dieser Adsorbergasleitung 1 herab zu dem untersten Adsorberventil 2, welches geöffnet ist, während die beiden darüberliegenden und in dieser Adsorbergasieitung 1 angeordneten Adsorberventile 2 geschlossen sind, strömt durch das unterste Adsorberventil 2 und damit durch das unterste Rohr 6 und durch die unterste Verzweigung 5 in die unterste Produktgasleitung 4. Da die beiden anderen unteren Adsorberventile 2 geschlossen sind, kann das Spülgas nur in die untere Produktgasleitung 4 strömen. Die untere Produktgasleitung 4 führt als Spülgasieitung zu dem der obere Adsorberseite zugeordneten Ventilblock und von diesem in den zweiten Adsorber. Das aus dem zweiten Adsorber austretende, nun stark verunreinigte Spülgas gelangt von oben her ebenso wie das bei der Desorption anfallende Restgas durch die dritte Adsorbergasleitung 1 in den Ventilblock. Dort ist in dieser Adsorbergasleitung 1 nur das obere Adsorberventil 2 geöffnet. Das verunreinigte Spülgas tritt durch das oberen Adsorberventil 2 und gelangt in die obere Verzweigung 5. Da die beiden anderen oberen Adsorberventile 2 geschlossen sind, kann das verunreinigte Spülgas nur durch die obere Produktgasleitung 4 strömen, durch welche es den Ventilblock und die Druckwechseladsorptionsanlage verläßt. Auf diese Weise sind während des Adsorptionsprozesses von den 9 Adsorberventilen 2 des Ventilblockes 3 geöffnet und 6 geschlossen.While the adsorption process takes place in an adsorber, the desorption process is carried out in the second adsorber with simultaneous flushing, and the third adsorber is prepared by flushing with virtually pure oxygen for a renewed adsorption process. In this case, coming from the third adsorber purge gas passes through an adjacent Adsorbergasleitung 1 from above into the lower valve block, flows within the valve block in this Adsorbergasleitung 1 down to the lowest adsorber 2, which is open, while the two overlying and in this Adsorbergasieitung. 1 arranged adsorber valves 2 are closed, flows through the bottom adsorber 2 and thus through the bottom pipe 6 and through the lowest branch 5 in the lowest product gas line 4. Since the other two lower adsorber valves 2 are closed, the purge gas can only in the lower product gas line. 4 stream. The lower product gas line 4 leads as Spülgasieitung to the upper adsorber side associated valve block and from this in the second adsorber. The exiting from the second adsorber, now heavily contaminated purge gas passes from above as well as the resulting in the desorption residual gas through the third Adsorbergasleitung 1 in the valve block. There is in this Adsorbergasleitung 1 only the upper adsorber 2 open. The contaminated purge gas passes through the upper adsorber valve 2 and enters the upper branch 5. Since the other two upper adsorber valves 2 are closed, the contaminated purge gas can only pass through the upper product gas conduit 4 through which it leaves the valve block and the pressure swing adsorption unit. In this way, during the adsorption process, 9 of the 9 adsorber valves 2 of the valve block 3 are opened and 6 are closed.
Nach Beendigung des Adsorptionsprozesses im ersten Adsorber erfolgt ein Druckausgleich zwischen dem ersten und dem dritten Adsorber. Zu diesem Zeitpunkt sind alle 9 Adsorberventile 2 des Ventilblockes geschlossen.After completion of the adsorption process in the first adsorber, pressure equalization takes place between the first and the third adsorber. At this time, all 9 adsorber valves 2 of the valve block are closed.
Ist der Druckausgleich beendet, so erfolgt der nachfolgende Adsorptionsprozeß in dem dritten Adsorber. Dabei wird durch die mittlere Produktgasleitung 4 weiterhin verdichtete Luft in den unteren Ventilblock geführt, die über die mittlere Verzweigung 5If the pressure equalization is completed, the subsequent adsorption process takes place in the third adsorber. In this case, further compressed air is guided through the middle product gas line 4 into the lower valve block, which via the middle branch 5
durch jenes Adsorberventil 2 tritt, welches in der zum dritten Adsorber führenden Adsorbergasleitung 1 angeordnet ist. Die beiden anderen mittleren Adsorberventile 2 sind dabei geschlossen. Aus dem zweiten Adsorber kommendes Spülgas tritt über die benachbarte Adsorbergasieitung 1 von oben her in den Ventilblock, strömt innerhalb des Ventilblockes in dieser Adsorbergasleitung 1 herab zu dem unieren Adsorberventil 2, das geöffnet ist, während die beiden darüberliegenden in dieser Adsorbergasleitung angeordneten Adsorberventile 2 geschlossen sind, tritt durch das untere Adsorberventil 2 und danach durch die untere Verzweigung 5 in die untere Produktgasleitung 4. Die beiden anderen unteren Adsorberventile 2, die in den zum ersten Adsorber und zum dritten Adsorber führenden Adsorbergasleitungen 1 angeordnet sind, sind zu diesem Zeitpunkt geschlossen. Das in der unteren Produktgasleitung 4 strömende Spülgas wird in den oberen Teil des ersten Adsorbers geführt. Es durchströmt den ersten Adsorber, tritt an dessen unterem Teil aus in die dritte Adsorbergasleitung 1 und strömt dann von oben her in den Ventilblock. Dort ist in dieser Adsorbergasleitung 1 nur das obere Adsorberventil 2 geöffnet. Das verunreinigte Spülgas tritt durch das obere Adsorberventil 2 und gelangt in die obere Verzweigung 5. Da die beiden anderen oberen Adsorberventile 2 geschlossen sind, strömt das verunreinigte Spülgas nur durch die obere Produktgasleitung 4 aus dem Ventilblock.passes through that adsorber valve 2, which is arranged in the leading to the third adsorber adsorber 1. The other two middle adsorber valves 2 are closed. Purging gas coming from the second adsorber passes from above into the valve block via the adjacent adsorber gas line 1, flows down inside the valve block in this adsorber gas line 1 to the unified adsorber valve 2, which is open, while the two overlying adsorber valves 2 arranged in this adsorber gas line are closed , passes through the lower Adsorberventil 2 and then through the lower branch 5 in the lower product gas line 4. The other two lower adsorber valves 2, which are arranged in the leading to the first adsorber and the third adsorber adsorber 1, are closed at this time. The purge gas flowing in the lower product gas passage 4 is guided into the upper part of the first adsorber. It flows through the first adsorber, exits at its lower part in the third Adsorbergasleitung 1 and then flows from above into the valve block. There is in this Adsorbergasleitung 1 only the upper adsorber 2 open. The contaminated purge gas passes through the upper adsorber valve 2 and enters the upper branch 5. Since the other two upper adsorber valves 2 are closed, the contaminated purge gas flows only through the upper product gas line 4 from the valve block.
Ist der Adsorptionsprozeß im dritten Adsorber beendet, so erfolgt ein Druckausgleich mit dem zweiten Adsorber, worauf sich ein erneuter Adsorptionsprozeß in dem zweiten Adsorber anschließt. Dabei werden in dem Ventilblock wiederum die für die Steuerung der Gasströme erforderlichen Adsorberventile 2 geöffnet bzw. geschlossen.If the adsorption process in the third adsorber is completed, a pressure equalization takes place with the second adsorber, followed by a renewed adsorption process in the second adsorber. In this case, the adsorber valves 2 required for the control of the gas flows are in turn opened or closed in the valve block.
Der Ventilblock, der den 3 Adsorbern mit einem Volumen von jeweils 101 zugeordnet ist, besitzt selbst ein Volumen von 2 600cm3. Sein Gewicht beträgt 8600g.The valve block, which is assigned to the 3 Adsorbern with a volume of 101, has even a volume of 2 600cm 3 . His weight is 8600g.
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