DD265807A1 - DEVICE FOR CONTROLLING COMPRESSION COMPENSATION IN PRESSURE CHANGE ADSORPTION PLANTS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern des Druckausgleichs in Druckwechseladsorptionsanlagen. Sie dient zum Steuern des Druckausgleichs in Druckwechseladsorptionsanlagen. Sie wird bei der adsorptiven Trennung von Gasgemischen angewendet, insbesondere bei der Gewinnung von Sauerstoff oder Stickstoff aus der Luft. Die Vorrichtung besteht aus pneumatisch betaetigten Druckausgleichventilen und Steuerventilen, die ueber Steuergasleitungen mit den Druckausgleichventilen in Verbindung stehen. Die Druckausgleichventile sind als Doppelmembranventile ausgebildet. Waehrend des Adsorptionsprozesses in einem der Adsorber ist der Zwischenraum zwischen den beiden Membranen bei allen Druckausgleichventilen mit Steuergas beaufschlagt, wodurch diese geschlossen sind. Dagegen sind waehrend des Druckausgleiches die Druckausgleichventile nicht mit Steuergas beaufschlagt. Zu diesem Zeitpunkt wird das nicht am Druckausgleich beteiligte Druckausgleichventil durch Produktgas aus dem beim Druckausgleich den Druck abgebenden Adsorber beaufschlagt, wodurch es geschlossen bleibt. Fig. 2The invention relates to a device for controlling the pressure compensation in pressure swing adsorption. It serves to control the pressure equalization in pressure swing adsorption plants. It is used in the adsorptive separation of gas mixtures, especially in the extraction of oxygen or nitrogen from the air. The device consists of pneumatically actuated pressure relief valves and control valves, which are connected via control gas lines with the pressure compensation valves. The pressure compensation valves are designed as double diaphragm valves. During the adsorption process in one of the adsorber, the gap between the two diaphragms is supplied with control gas in all pressure compensating valves, whereby they are closed. By contrast, during the pressure equalization, the pressure compensation valves are not charged with control gas. At this time, the pressure compensation valve which is not involved in the pressure compensation is acted upon by product gas from the adsorber which releases the pressure during pressure equalization, whereby it remains closed. Fig. 2
Description
07 ' Λ 07 ' Λ
Vorrichtung zum Steuern des Druckausgle1ones in Druckwechseladsorption 8 en la genMeans for controlling the ones Druckausgle 1 in pressure swing adsorption 8 en la gen
Die Erfindung wird bei der adsorptiven Trennung von Gasgemischen angewendet, insbesondere bei der Gewinnung von Sauerstoff oder Stickstoff aus der Luft.The invention is used in the adsorptive separation of gas mixtures, in particular in the recovery of oxygen or nitrogen from the air.
Zum Reinigen oder Zerlegen von Gasen, beispielsweise zur Gewinnung von Sauerstoff oder Stickstoff aus der Luft, werden wegen ihrer Wirtschaftlichkeit und ihrer Effektivität häufig Adsorptionsverfahren angewendet. Besonders Gewährt haben sich dabei die Oruckwechseladsorptionsverfahren, bei denen die Regenerierung des beladenen Adsorptionsmittels durch Drucksenkung erfolgt. Die bei der Druckabsenkung eines beladenen Adsorbers frei werdenden Gase werden in der Regel zur Druckerhöhung in anderen Adsorbern, die sich auf einem niedrigeren Druckniveau befinden, eingesetzt, indem ein Druckausgleich durchgeführt wird.For cleaning or decomposing gases, for example, for the recovery of oxygen or nitrogen from the air, adsorption methods are often used because of their economy and their effectiveness. Especially granted are the Oruckwechseladsorptionsverfahren in which the regeneration of the loaded adsorbent takes place by reducing the pressure. The released in the reduction in pressure of a charged adsorber gases are usually used to increase the pressure in other adsorbers, which are at a lower pressure level, by a pressure equalization is performed.
Aus der DE-OS 2 951 626 i9t eine Vorrichtung zum Zerlegen eines Gasgecneisches, welches 2 Adsorber aufweist, bekannt, bei der die an den Adsorbern angeordneten Ventile, darunter auch das Druckausgleichsventil, mit einer pneumatischen Steuereinheit in Verbindung stehen. Bei Erreichen eines Spitzendruckes in dem zu beladenden Adsorber gibt ein darauf eingesteller Druckschalter ein Signal an die Steuereinheit, welche daraufhin auf pneumatischem Wef| das Druckausgleichsventil öffnet. Bei Erreichen desFrom DE-OS 2 951 626 i9t a device for the decomposition of a Gasgecneisches having 2 adsorber, known, in which the adsorbers arranged on the valves, including the pressure compensation valve, are in communication with a pneumatic control unit. When a peak pressure in the adsorber to be loaded is reached, a pressure switch set on it sends a signal to the control unit, which then switches to pneumatic position the pressure compensation valve opens. Upon reaching the
Druckgleichgewichtes gibt ein Druckausgleicheschalter ein Signal an dis Steuereinheit, die nun das Druckausgleichsventil schließt.Pressure equilibrium is a pressure compensation switch a signal to the control unit, which now closes the pressure compensation valve.
Diese Betätigung der Druckausgleichsventile ist relativ kompliziert und aufwendig.This operation of the pressure compensation valves is relatively complicated and expensive.
In der DE-ÜS 3 205 505 wird ein Verfahren zum Betrieb einer zyklisch arbeitenden Druckwechseladsorptionsanlage beschrieben, welche 9 Adsorber aufweist. Nach einem bestimmten Zeitplan oder nach Erreichen eines bestimmten Druckes in den Adeorbern wird durch öffnen von Ventilen, welche an den Adsorbern in einer Druckausgleichsleitung angeordnet sind, ein Druckausgleich zwischen den Adsorbern erreicht. Die konstruktive Gestaltung dieser Ventile ist in der DE-OS 3 205 505 nicht beschrieben. Da die Taktzeiten bei Druckwechseladsorptionsanlagen relativ kurz sind, kommen als Ventile nur schnellschließende Ventile in Betracht, welche in der Regel als Magnetventile ausgebildet sind. Der Material- und Gewichtsaufwand solcher Magnetventile ist jedoch relativ hoch.DE-OS 3 205 505 describes a method for operating a cyclically operating pressure swing adsorption plant which has 9 adsorbers. After a certain schedule or after reaching a certain pressure in the Adeorbern is achieved by opening valves, which are arranged on the adsorbers in a pressure equalization line, a pressure equalization between the adsorbers. The structural design of these valves is not described in DE-OS 3,205,505. Since the cycle times in pressure swing adsorption systems are relatively short, suitable valves are only fast-closing valves, which are generally designed as solenoid valves. The material and weight of such solenoid valves, however, is relatively high.
Ziel tier Erfindung ist es, eine Steuereinrichtung für üruckwecheeladsorptionsanlagen mit 3 oder mehr Adsorbern zu schaffen, die möglichst wenig Steuerventile für die Adsorberventile aufweist, bei der die Zahl der Steuerventile nicht größer ist als die Zahl der zur Anlage gehörenden Adsorber und die bei einer bestimmten Stellung der Steuerventile die Druckausgleichsventile pneumatisch betätigt.Target animal invention is to provide a control device for üruckwecheeladsorptionsanlagen with 3 or more adsorbers having as few control valves for the adsorber valves, in which the number of control valves is not greater than the number of belonging to the system adsorber and at a certain position the control valves pneumatically actuated the pressure compensation valves.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine pneumatische Vorrichtung zum Steuern dos Druckausgleichs in Druckwechseladsorptlonsanlagen mit drei oder mehr Adeorbern zu entwickeln, welche selbsttätig dann einen Schaltvorgang bei den Druckausgicichsventilen auttlöst, wenn alle Steuerventile für die Adsorberventile geschlossen und dadurch die Adsorberventile mit Steuergas beaufschlagt werden.The invention has for its object to develop a pneumatic device for controlling dos pressure equalization in Druckwechseladsorptlonsanlagen with three or more Adeorbern, which automatically auttlöst then a switching operation in the Druckausgichichesventilen when all control valves for the adsorber closed and thereby the adsorber valves are acted upon with control gas.
Die Aufgabe wird erfindungageraäß dadurch gelöst, daß an der Durchtrittsöffnung eines jeden Druckausgleichsventils eine diese verschließbar ausgebildete erste Membran vorgesehen und im Abstand zu der ersten Membran eine zweite Membran angeordnet ist, deren durch Druck beaufschlagte Fläche größer ist 6ls die durch Druck beaufschlagte Fläche der ersten Membran. In den Zwischenraum zwischen den beiden Membranen mündet eine in alle Druckausgleichsventile führende gemeinsame Steuergasleitung, die mit Steuerventilen in Wirkverbindung steht. Weiterhin ist in dem Zwischenraum ein bewegliches Druckelement angeordnet, welches den auf die zweite Membran ausgeübter. Druck auf die erste Membran überträgt. Auf der dem Druckelement abgewandten Seite der zweiten Membran ist ein Gasraum vorgesehen. Die Gasräume der Druckausgleichsventile stehen jeweils über eine Produktgaeleitung mit einem Adsorber derart in Verbindung, daP>> der Gasraum des nicht am Druckausgleich beteiligten Druckausgleichventil mit dem beim Druckausgleich den Druck abgebenden Adsorber verbunden ist. Auf diese Weise gelangt <"roduktgas aus einem Adsorber in den Gasri'um eines Druckausgleichventils.The object is achieved erfindungageraäß in that at the passage opening of each pressure compensating valve provided a closable formed this first membrane and at a distance from the first membrane, a second membrane is arranged, the pressure applied by surface area is greater than the pressure applied by 6 surface of the first membrane , In the space between the two membranes opens into all pressure compensation valves leading common control gas line, which is in operative connection with control valves. Furthermore, a movable pressure element is arranged in the intermediate space, which exerts the force exerted on the second membrane. Pressure on the first membrane transmits. On the side facing away from the pressure element of the second membrane, a gas space is provided. The gas chambers of the pressure compensation valves are connected in each case via a product gas line with an adsorber in such a way that the gas chamber of the pressure compensation valve which is not involved in pressure equalization is connected to the adsorber which releases the pressure during pressure equalization. In this way, roduct gas from an adsorber reaches the gas space of a pressure compensation valve.
Die Druekausqleichvenl.ile sind in den zu den Adsorbern führenden Adsorbergasleitungen angeordnet. Sie stehen über Steuergasleitungen mit Steuerventilen, die darüber hinaus mit den Adsorberventilen verbunden sind, in Verbindung. Die Druckausgleichventile werden somit durch die Steuerventile und durch den Gasdruck in den Adsorbern gesteuert. Die Steuerventile sind in der Regel als Magnetventile ausgebildet, alle anderen Ventile bestehen aus Menibranventilen. Die Druckwechseladsorptionsanlage wird elektronisch nact. einem festen Zeitplan oder in Abhängigkeit von dem Maximaldruck in dem Adsorber, in dem der Adsorptionsprozeß stattfinaet, so gesteuert, defl während des Adsorptions- und Desorption3prozesse8 ständig ein Teil der Steuerventile und der Adsorberventile geöffnet und der andere Teil geschlossen sind, wobei alle Druckausgleichventile geschlossen sind. Dagegen sind während des Druckausgleiches zwischen zwei Adsorbern die Durchtrittsöffnungen der am Druckausgleich beteiligten Druckausgleichventile geöffnet, wenn alle Steuerventile geechlO8»en sind.The Druekausleichleichl.ile are arranged in the leading to the adsorber Adsorbergasleitungen. They communicate via control gas lines with control valves, which are also connected to the adsorber valves in connection. The pressure compensation valves are thus controlled by the control valves and by the gas pressure in the adsorbers. The control valves are usually designed as solenoid valves, all other valves are made of Menibranventilen. The pressure swing adsorption system will electronically nact. a fixed schedule or depending on the maximum pressure in the adsorber, in which the adsorption takes place, so controlled, defl during the adsorption and desorption3prozesse8 constantly open a part of the control valves and the adsorber valves and the other part are closed, all pressure relief valves are closed , By contrast, during the equalization of pressure between two adsorbers, the passage openings of the pressure compensating valves involved in the pressure equalization are opened when all the control valves are closed.
Die Druckausgleichventile sind in der Regel in einem Ventilblock neben den Adsorberventilen angeordnet. Dabei ist in jeder Adsorbergesleitur.g ein Druckausgleichventil vorgesehen. Die einem Adsorber zugeordneten Adsorbei ventile und das Druckausgleichventil bilden hierbei in der Ad\orbergasleitung eine Reihe.The pressure compensation valves are usually arranged in a valve block next to the adsorber valves. In this case, a pressure compensation valve is provided in each Adsorbergesleitur.g. The adsorber associated adsorber valves and the pressure compensating valve in this case form a series in the Ad \ orbergasleitung.
Die Erfindung wird nochstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigenThe invention will be explained in more detail on an exemplary embodiment. In the accompanying drawing show
Fig. 1: das Schema einer Druckwechseladsorptionsenlage Fig. 2: einen Schnitt durch einen Ventilblock an der Stelle der DruckausgleichventileFig. 1: the diagram of a pressure swing adsorption layer Fig. 2: a section through a valve block at the location of the pressure compensation valves
In der Druckwechseladsorptionsanlage soll Sauerstoff n;it einer Konzentration von etwa 90 Vol.-% aus der Luft gewonnen werden. Die Anlage besitzt 3 Adsorber, nämlich den ersten Adsorber 1, den zweiten Adsorber 2 und den dritten Adsorber 3, die vertikal nebeneinander angeordnet sind. Mit der oberen Seite der 3 Adsorber 1, 2, 3 steht der obere Ventilblock 4 und mit der unteren Seite der Adsorber der untere Ventilblock 5 über Adsorbergasleitungen in Verbindung. Dabei führen die erste Adsorbergesleitung 6 von dem ersten Adsorber 1, die zweite Adeorbergasleitung 7 von dem zweiten Adsorber 2 und die dritte Adsorbergasleitung 8 von dem dritten Adsorber 3 jeweils in den oberen Ventilblock 4 hinein. Der obere Ventilblock 4 und der untere Ventilblock 5 weisen im Prinzip die gleiche konstruktive Gestaltung auf, unterschiedlich ist die Art der zugeführten Gase. Darüber hinaus sind nur in dem oberen Ventilblock 4 die 3 Druckauegleichventile 9 vorgesehen.In the pressure swing adsorption system, oxygen is to be recovered from the air at a concentration of about 90% by volume. The plant has 3 adsorbers, namely the first adsorber 1, the second adsorber 2 and the third adsorber 3, which are arranged vertically next to each other. With the upper side of the 3 adsorbers 1, 2, 3, the upper valve block 4 and the lower side of the adsorber, the lower valve block 5 via adsorber gas lines in communication. The first Adsorbergesleitung 6 of the first adsorber 1, the second Adeorbergasleitung 7 from the second adsorber 2 and the third Adsorbergasleitung 8 from the third adsorber 3 each in the upper valve block 4 into it. The upper valve block 4 and the lower valve block 5 have in principle the same structural design, different is the type of gases supplied. In addition, the 3 Druckauegleichventile 9 are provided only in the upper valve block 4.
In den beiden Ventilblöcken 4, 5 sind in den Adsorbergasleitungen die den jeweiligen Adsoroern zugeordneten Adsorberventile angeordnet. So sind in dem oberen Ventilblock 4 in der ersten Adsorbergasleitung 6 die dem ersten Adsorber 1 zugeordneten 3 Adsorberventile und das diesem Adsorber zugeordnete erste Druckauegleicheventil 9 vorgesehen. In der zweiten Adsorbergasleitung 7 sind in dem oberen Ventixblock 4 die dem zweiten Adsorber 2 zugeordneten 3 Adeorberventile und das zweite Druck-In the two valve blocks 4, 5, the adsorber valves associated with the respective adsorbers are arranged in the adsorber gas lines. Thus, in the upper valve block 4 in the first adsorber gas line 6, the adsorber 1 associated with the first adsorber 1 and the adsorber associated first Druckauegleicheventil 9 are provided. In the second adsorber gas line 7, in the upper Ventix block 4, the 3 adsorber valves assigned to the second adsorber 2 and the second pressure
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ausgleichventil 10 und schließlich in der dritten Adsorbergaeleitung 8 die dem dritten Adsorber 3 zugeordneten 3 Adeorberventile und das dritte Druckausgleichventil 11 angeordnet. Die Anordnung der 3 Adeorberventile und des Druckauegleichventile erfolgt in den Adsorbergasleitungen 6, 7, 8 jeweils in einer Reihe hintereinander. Die Adsorberventile und die 3 Druckausgleichventile 9, 10, 11 sind als Membranventile ausgebildet.compensation valve 10 and finally in the third Adsorbergaeleitung 8 the third adsorber 3 associated 3 Adeorberventile and the third pressure compensating valve 11 is arranged. The arrangement of the 3 Adeorberventile and Druckauegleichventile takes place in the adsorber gas lines 6, 7, 8 in each case in a row one behind the other. The adsorber valves and the 3 pressure compensation valves 9, 10, 11 are designed as diaphragm valves.
Die 3 Adsorbergasleitungen 6, 7, 8 führen von oben her in den oberen Ventilblock 4 hinein. Sie führen in diesem Venti'block bis zu den unteren Adsorberventilen. Die Adsorberventile sind in den beiden Ventilblöcken 4, 5 übereinander in 3 Ebenen angeordnet, die 3 Druckausgleichventile 9, 10, 11 bilden in dem oberen Ventilblock 4 eine vierte Ebene. Die 3 Adsorberventile einer jeden Ebene sind über eine kreuzartige Verzweigung jeweils mit einer Leitung für ein bestimmtes Produktgas verbunden. So sind in dem oberen Ventilblock 4 die 3 Adsorberventile der mjötleren Ebene mit der Sauerstoffleitung 12, die 3 Adeorberventile der oberen Ebene mit der ersten SpülgasJeitung 13, welche von der Sauerstoffleitung 12 abzweigt, und die 3 Adsorberventile der unteren Ebene mit der zweiten Spülgasleitung 14 verbunden. In dem unteren Ventilblock 5 sind die 3 Adsorberventile der oberen Ebene mit der zweiten Spülgasleitung 14, die Adsorberventile der mittleren Ebene mit der Luftzuführungsleitung 15 und die 3 Adsorberventile der unteren Ebene mit der Restgasleitung 16 verbunden. Von der Luftzuführungeleitung 15, welche mit einem Verdichter in Verbindung steht, zweigt vor dem Druckminderer 17 die erste Steuergesleitung 18 ab, die mit dem Steuergasspeicher 19 in Verbindung steht. Sie ist an ihrem Abzweig von der Luftzuführungsleitung 15 mit einem Rückschlagventil versehen. Von der ersten Steuergasleitung 18 zweigt die zweite Steuergesleitung 20 ab, die zu dem ersten Steuerventil 21, zu dem zweiten Steuerventil 22 und zu dem dritten Steuerventil 23 führt. Diese 3 Steuerventile 21, 22, 23 sind als Magnetventile ausgebildet. Sie stehen über eine Steuergasleitung jeweils mit einem Membranventil in Verbindung. Diese 3 Membranventile sind in dem ersten Pneumatikblock 24 angeordnet.The 3 adsorber gas lines 6, 7, 8 lead from above into the upper valve block 4. They lead in this Venti'block up to the lower adsorber valves. The adsorber valves are arranged one above the other in the two valve blocks 4, 5 in 3 levels, the 3 pressure compensation valves 9, 10, 11 form a fourth level in the upper valve block 4. The 3 Adsorberventile each level are connected via a cross-type branch each with a line for a specific product gas. Thus, in the upper valve block 4, the 3 adsorber valves of the mjötleren level with the oxygen line 12, the 3 Adeorberventile the upper level with the first Spülgasjeitung 13, which branches off from the oxygen line 12, and the 3 adsorber valves of the lower level with the second purge gas line 14 , In the lower valve block 5, the 3 upper level adsorber valves are connected to the second purge gas line 14, the middle level adsorber valves are connected to the air supply line 15 and the 3 lower level adsorber valves are connected to the residual gas line 16. From the air supply line 15, which communicates with a compressor, branches off before the pressure reducer 17 from the first control line 18, which is in communication with the control gas reservoir 19. It is provided at its branch from the air supply line 15 with a check valve. From the first control gas line 18, the second control line 20 branches off, which leads to the first control valve 21, to the second control valve 22 and to the third control valve 23. These 3 control valves 21, 22, 23 are designed as solenoid valves. They are connected via a control gas line in each case with a diaphragm valve in connection. These 3 diaphragm valves are arranged in the first pneumatic block 24.
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Die 3 Steuerventile 21, 22, 23 sind als Dreiwegeventile ausgebildet. Dabei dient ein Weg zum Entlüften der Steuergasleitungen zwischen den Steuerventilen 21, 22, 23 und dem Membranventilen des ersten Pneumatikblocks 24 in den Fällen, in denen die Steuerventile 21, 22, 23 geschlossen sind. Von der ersten Steuergasleitung 18 zweigt weiterhin die dritte Steuergasleitung 25 ab, die zu den 3 Membranventilen in dem ersten Pneumutikblock 24 und darüber hinaus zu den 3 Membranventilen in den zweiten Pneumatikblock 26 führt. Die 3 Membranventile des zweiten Pneumatikblocks 26 sind über die gemeinsame Steuergasleitung 27 mit den 3 Druckausgleichventilen 9, 10, 11 verbunden. Von den Membranventilen des ersten Pneumatikblocks 24 führen Steuergasleitungen zu den entsprechenden Adsorberventilen in den beiden Ventilblöcken 4, 5 und jeweils zu einem Membranventil des zweiten Pneumatikblockes 26. Die 3 Steuerventile 21, 22, 23 stehen über elektrische Leitungen und den elektronischen Impulsgeber 28 in Verbindung. Die Anordnung der Steuerventile 21, 22, 23 in der zweiten Steuergasleitung ermöglicht eine Unterbrechung des Steuergasstromes zu den Membranventilen in dem ersten Pneumatikblock 24. Wird eines der Steuerventile 21, 22, 23 geöffnet, so strömt das Steuergas zu dem zugeordneten Membranventil des ersten Pneumatikblockes und schließt dieses. Dadurch wird in dem ersten Pneumatikblock 24 der Steuergasstrom aus der dritten Steuergasleitung 25 zu den Adsorberventilen und zu den Menbranventilen des zweiten Pneumatikblocks 26 unterbrochen. Die Unterbrechung dieses Steuergasstromes bewirkt ein öffnen der jeweiligen Adsorberventile in den beiden Ventilblöcken 4, 5 und ein öffnen dei Membranventils in dem zweiten Pneumatikblock 26. Die geöffneten Membranventile in dem zweiten Pneumatikblock 26 ermöglichen den Steuergasstrom aus der dritten Steuergasleitung 25 in die gemeinsame Steuergasleitung 27 und damit ein Beaufschlagen der Druckauogleichventile 9, 10, 11 mit Steuergas. Um eine Druckreduzierung in den zu den Adsorberventilen führenden «Steuergasleitungen und in der gemeinsamen Steuergasleitung 27 zu erzielen, was dann erforderlich ist, wenn die Membranventile der beiden Pneumatikblöcke 24, 26 geschlossen sind, sind diese Leitungen unter Zwischenschaltung von ein-The 3 control valves 21, 22, 23 are designed as three-way valves. In this case, a way to vent the control gas lines between the control valves 21, 22, 23 and the diaphragm valves of the first pneumatic block 24 in the cases in which the control valves 21, 22, 23 are closed. From the first control gas line 18 continues to branch off the third control gas line 25, which leads to the 3 diaphragm valves in the first Pneumutikblock 24 and beyond to the 3 diaphragm valves in the second pneumatic block 26. The 3 diaphragm valves of the second pneumatic block 26 are connected via the common control gas line 27 to the 3 pressure compensation valves 9, 10, 11. Control gas lines lead from the diaphragm valves of the first pneumatic block 24 to the corresponding adsorber valves in the two valve blocks 4, 5 and in each case to a diaphragm valve of the second pneumatic block 26. The three control valves 21, 22, 23 are connected via electrical lines and the electronic pulse generator 28. The arrangement of the control valves 21, 22, 23 in the second control gas line allows an interruption of the control gas flow to the diaphragm valves in the first pneumatic block 24. If one of the control valves 21, 22, 23 is opened, the control gas flows to the associated diaphragm valve of the first pneumatic block and close this. As a result, the control gas flow from the third control gas line 25 to the adsorber valves and to the menbran valves of the second pneumatic block 26 is interrupted in the first pneumatic block 24. The interruption of this control gas flow causes an opening of the respective adsorber valves in the two valve blocks 4, 5 and an open dei diaphragm valve in the second pneumatic block 26. The open diaphragm valves in the second pneumatic block 26 allow the control gas flow from the third control gas line 25 in the common control gas line 27 and thus pressurizing the Druckauogleichventile 9, 10, 11 with control gas. In order to achieve a reduction in pressure in the control gas lines leading to the adsorber valves and in the common control gas line 27, which is necessary when the diaphragm valves of the two pneumatic blocks 24, 26 are closed, these lines are connected with the interposition of a
2 6 5 8 O 72 6 5 8 O 7
stellbaren Druckminderern mit der Entlüftungeleitung 29 verbunden. Die Druckminderer sind so eingestellt, daß stömJin etwas Steuergas entweicht, wenn in den Steuergasleitungen ein Überdruck vorhanden ist, d.h. wenn die Membranventil der beide/ Pneumatikblöcke 24, 26 geöffnet sind oder waren. Das aus der Entlüftungsleitung 29 entweichende Steuergas wird in die Umgebung der 3 Steuerventile 21, 22, 23 geführt und dient dort zu deren Kühlung.adjustable pressure reducer connected to the vent line 29. The pressure reducers are adjusted so that some control gas escapes when there is overpressure in the control gas lines, i. when the diaphragm valve of both / pneumatic blocks 24, 26 are open or were. The escaping from the vent line 29 control gas is guided in the environment of the 3 control valves 21, 22, 23 and serves there for the cooling thereof.
Die 3 Steuerventile 21, 22, 23 wirken direkt auf die Steuergaseeite der Membranen der Membranventile des ersten Pneumatikblockes 24. Da bei diesen Membranventilen auf beiden Seiten de'" Membranen der gleiche nri:ck anliegt, sind diese Ventile mit einem Druckverstärker versehen. Ein solcher Druckverstärker besteht aus <2iner zweiten Membran, deren von Steuergae beaufschlagte Flüche gröf3er ist als die Durchtrittsöffnung des Membranventils. Zwischen den beiden Membranen ist ein bewegliches Druckelement vorgesehen, welches den Druck von der zweiten Membran auf die an der Durchtrittsöffnung des Ventils angeordnete Membran übertragt. Mit einem solchen Druckverstärker sind auch die Membranventile des zweiten Pneumatikblockes 26 und die mit der Luf'tzuführungsleitung 15 in Verbindung stehenden Adsorberventile des unteren Ventilblockes 5 versehen. Einen solchen Druckversterker weisen auch die 3 Druckausgleichventile 9, 10, 11 auf.The 3 control valves 21, 22, 23 act directly on the Steuergaseeite of the diaphragms of the diaphragm valves of the first pneumatic block 24. Since, in these diaphragm valves on both sides de '' membranes of the same n ri: abuts ck, these valves are provided with a pressure amplifier A. such pressure booster consists of a second diaphragm whose cogs acted upon by control gases are larger than the passage opening of the diaphragm valve A movable pressure element is provided between the two diaphragms which transfers the pressure from the second diaphragm to the diaphragm arranged at the passage opening of the valve. The diaphragm valves of the second pneumatic block 26 and the adsorber valves of the lower valve block 5 connected to the air supply line 15 are also provided with such a pressure booster 5. The pressure equalization valves 9, 10, 11 also have such a pressure booster.
Um den Druck des nicht am Druckausgleich beteiligten Adsorbers zur Steuerung des Druckausgleiches einzubeziehen, stehen die 3 Druckausgleichventil 9, 10, 11 über ."Yoduktgasleitungen mit den Adsorbergasleitungen 6, 7, 8 in Verbindung. Dabei isl das erste Druckausgleichventil 9 über die erste Produktgas.'ei tung 30 mit der zweiten Adsorbergasleitung 7, daa zweite Druckausgleichventil 10 über die zweite Produktgasleitung 31 mit der ersten dritten Adsorbergasleitung 8 und das dritte Druckausgleichventil 11 über die dritte Produktgasleitung 32 mit der ersten Ad»orbergasleitung 6 verbunden.In order to include the pressure of the adsorber not involved in the pressure compensation for controlling the pressure equalization, the three pressure compensation valves 9, 10, 11 communicate with the adsorber gas conduits 6, 7, 8. The first pressure compensating valve 9 is above the first product gas. With the second adsorber gas line 7, the second pressure equalizing valve 10 is connected via the second product gas line 31 to the first third adsorber gas line 8 and the third pressure compensating valve 11 via the third product gas line 32 to the first adsorber line 6.
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Die konstruktive Gestaltung den üruckausgleichventiIe ist aus Figur 2 ersichtlich. Sie zeigt einen Querschnitt durch den oberen Ventilblock 4 an der Stelle der Druckausgleichventile 9, 10, 11. Die 3 Adsorbergäsleitungen 6, 7, 8 münden jeweils in den zylinderpörmigen Aussparungen 33, die selbst einen Teil der Adsorbergasleitungen bilden. In diese Aussparungen 33 ragt ein T-förmig ausgebildetes Rohr 34 hinein, dessen Enden mit den Aussparungen 33 einen Ringspalt bilden. Die 3 Enden des Rohres 34 bilden jeweils die Durehtrittsöffnungen der 3 Druckausgleichventile 9, 10, 11. An den Durchtrittsöffnungen eines jeden Druckausgleichventila 9, 10, 11 ist die erste Membran 35 derart angeordnet, daß sie die Durchtrittsöffnung verschließen kann. Im Abstand zu der ersten Membran 35 ist die zweite Membran 3ö angeordnet, deren durch Druck beaufschlagte fläche etwa 1,5 mal größer ist als die durch Druck beaufschlagte Fläche der ersten Membran 35. In den Zwischenraum 37 zwischen den beiden Membranen 35, 36 mündet die gemeinsame Steuergasleitung 27, welche von dem zweiten Pneumatikblock 26 kommt und zu allen 3 Druckausgleichventilen 9, 10, 11 führt. In dem Zwischenraum 37 eines jeden Druckausgleichventiles 9, 10, 11 befindet sich das bewegliche Druckelement 38, das den auf die zweite Membran 36 ausgeübten Druck auf die erste Membran 35 überträgt. An der den Druckelementen 38 abgewandten Seite der zweiten Membran 36 ist jeweils eier Gasraum vorgesehen. Die Gasräume 39 stehen über Produktgasleitungen mit den 3 Adsorbergasleitungen 6, 7, 8 in Verbindung. Dabei ist der Gasraum 39 des ersten Druckausgleichventils 9 über die erste Produktgesleitung 30 mit der zweiten Adsorbergasleitung 7, der Gasraum 39 des zweiten Druckausgleichventils 10 über die zweite Produktgasleitung mit der dritten Adsorbergasleitung β und der Gasraum 39 des dritten Druckausgleichventils 11 über die dritte Produktgas-Ie.Hung 32 mit der ersten Adaorbergasleitung 6 verbunden. Auf diese Weise gelangt Produktgas, z.B. Sauerstoff, aus den Adsorbern 1, 2, 3 in die Gasräume 39 der 3 Druckausgleichventile 9, 10, 11 und der Druck in diesen Adsorbern wirkt auf die zweiten Membranen 36 der 3 Druckausgleichventile. Die 3 Produktgasleitungen 30, 31, 32 sind jeweils mit einem Dämpfungsglied versehen.The structural design of the üruckausgleichventiIe is apparent from Figure 2. It shows a cross section through the upper valve block 4 at the location of the pressure compensation valves 9, 10, 11. The 3 Adsorbergäsleitungen 6, 7, 8 each open into the cylinder-shaped p- shaped recesses 33, which themselves form part of the Adsorbergasleitungen. In these recesses 33 projects into a T-shaped tube 34, the ends of which form an annular gap with the recesses 33. The 3 ends of the tube 34 each form the Durehtrittsöffnungen of 3 pressure compensation valves 9, 10, 11. At the passage openings of each Druckausgleichventila 9, 10, 11, the first diaphragm 35 is arranged such that it can close the passage opening. At a distance from the first membrane 35, the second membrane 3ö is arranged, the surface acted upon by pressure is about 1.5 times greater than the pressurized surface of the first membrane 35. In the space 37 between the two membranes 35, 36 opens the common control gas line 27, which comes from the second pneumatic block 26 and leads to all 3 pressure compensation valves 9, 10, 11. In the intermediate space 37 of each pressure compensating valve 9, 10, 11 is the movable pressure element 38 which transmits the pressure exerted on the second diaphragm 36 to the first diaphragm 35. At the side facing away from the pressure elements 38 side of the second membrane 36 each egg is provided gas space. The gas chambers 39 are connected via product gas lines with the 3 Adsorbergasleitungen 6, 7, 8 in connection. In this case, the gas space 39 of the first pressure compensating valve 9 via the first Produktgesleitung 30 with the second Adsorbergasleitung 7, the gas space 39 of the second pressure compensating valve 10 via the second product gas line with the third Adsorbergasleitung β and the gas space 39 of the third pressure compensating valve 11 via the third product gas Ie .Hung 32 connected to the first Adaorbergasleitung 6. In this way, product gas, for example oxygen, passes from the adsorbers 1, 2, 3 into the gas chambers 39 of the three pressure compensation valves 9, 10, 11 and the pressure in these adsorbers acts on the second diaphragms 36 of the three pressure compensation valves. The 3 product gas lines 30, 31, 32 are each provided with an attenuator.
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Beim Betrieb der Druckwechseladsorptionsanlage soll der Adsorptionsprozeß zunächst im dritten Adsorber 3 erfolgen. Hierzu gibt der Impulsgeber 28 nur dem ersten Steuerventil 21 einen elektrischen Impuls, wodurch sich dieses öffnet. Dadurch strömt Steuergas durch die zweite Steuergasleitung 20 zu dem dem ersten Steuerventil 21 zugeordneten Membranventil des ersten Pneumatikblocks 24 und schließt dieses, so daß kein Steuergas von der dritten Steuergasleitung 25 durc*i den ersten Pneumatikblock 24 zu den entsprechenden Adsoi berventilen, welche in der Zeichnung mit einem Kreuz versehen sind, strömen kann. Die zwischen diesem Membranventil und den genannten Arlsorberventilen befindliche Steuergasleitung wird auf diese Weise drucklos, wodurch diese AdsorberventiIe in den beiden Ventilblöcken 4, 5 öffnen. Gleichzeitig öffnet aber auch das mit dem ersten Steuerventil 21 in Verbindung stehende Membranventil des zweiten Pneumatikblocks 26 und ermöglicht somit einen Steuergasstrom von der dritten Steuergasleitung 25 zu der gemeinsamen Steuergasleitung 27 und damit in die Zwischenräume 37 der 3 Druckausgleichventile 9, 10, 11. Dadurch werden die ersten Membranen 35 dieser Oruckausgleichventile mit Steuergas beaufschlagt, worauf die ersten Membranen 35 die Durchtrittsöffnungen aller 3 Druckausgleichventile 9, 10, 11 schließen und damit kein Druckausgleich erfolgen kann. Wah- reri dieses Vorganges sind die beiden Steuerventile 22, 23 geschlossen.During operation of the pressure swing adsorption plant, the adsorption process should first take place in the third adsorber 3. For this purpose, the pulse generator 28 only the first control valve 21 an electrical pulse, which opens this. As a result, control gas flows through the second control gas line 20 to the first control valve 21 associated diaphragm valve of the first pneumatic block 24 and closes this, so that no control gas from the third control gas line 25 durc * i the first pneumatic block 24 to the corresponding Adsoi berventilen, which in the drawing are provided with a cross, can flow. The control gas line located between this diaphragm valve and the aforementioned Arlsorberventilen is depressurized in this way, whereby these AdsorberventiIe in the two valve blocks 4, 5 open. At the same time, however, also opens the associated with the first control valve 21 diaphragm valve of the second pneumatic block 26 and thus enables a control gas flow from the third control gas line 25 to the common control gas line 27 and thus into the interstices 37 of the 3 pressure compensation valves 9, 10, 11. Thus the first membranes 35 of these Oruckausgleichventile acted upon with control gas, whereupon the first membranes 35 close the passage openings of all 3 pressure compensation valves 9, 10, 11 and thus no pressure compensation can take place. Wah- rer this process, the two control valves 22, 23 are closed.
Das in dem unteren Ventilblock 5 dem dritten Adsorber 3 zugeordnete Adsorberventil, welches mit der Luftzuführungsleitung 15 in Verbindung steht, ist bei diesem Vorgang geöffnet und ermögliche den Eintritt der Luft in den genannten Adsorber. Der Druck der aus dem vorgeschalteten Verdichter kommenden gefilterten Luft beträgt 0,525 MPa; diesen Druck weist auch das Steuergas in dem Steuergasspeicher 19 und in allen Steuergeisleitungen mit Ausnahme der Entlüftungsleitung 29 auf. Vor dem Eintritt in den unteren Ventilblock 5 wird mit Hilfe des Druckminderers 17 der Druck auf 0,425 MPa verringert, wodurch der Druck in den Steuergasleitungen um 0,1 MPa höher ist als in den 3 Adsorbern 1, 2, 3.The adsorber valve associated with the third adsorber 3 in the lower valve block 5, which communicates with the air supply line 15, is opened in this process and allows the air to enter the adsorber. The pressure of the filtered air coming from the upstream compressor is 0.525 MPa; This pressure also has the control gas in the control gas reservoir 19 and in all Steuergeisleitungen with the exception of the vent line 29. Before entering the lower valve block 5, the pressure is reduced to 0.425 MPa by means of the pressure reducer 17, whereby the pressure in the control gas lines is higher by 0.1 MPa than in the 3 adsorbers 1, 2, 3.
2 rf S 8 O 72 rf S 8 O 7
Während in dom dritten Adsorber 3 der Adsorptionsprozeß stattfindet, wird der frste Adsorber 1 durch Spülen mit nahezu reinem Sauerstoff, welcher durch die erste Adsorbergasleitung ß in diesen Adsorber gelangt, für den nachfolgenden Adsorp-I·.ionsr.ro7eR vorbereitet. Das daDei aus dem ersten Adsorber 1 austretende Spülgas gelangt in den unteren Ventilblock 5, von niesem durch die zweite Spülgasleitung 34 in den oberen Ventilblock 4, strömt anschließend durch die zweite Ädsorbergasleitung 7 in den zweiten Adsorber 2, gelangt wieder· in den unteren Ventilblock 5 und verlaßt schließlich als Restgas die Anlage durch die Restgasleitung 16. Bei diesem Spülprozeß sind die beiden Adsorber 1, 2 nahezu drucklos.While the adsorption process takes place in the third adsorber 3, the first adsorber 1 is prepared for the subsequent adsorption reactor by flushing with virtually pure oxygen, which passes through the first adsorber gas line 3 into this adsorber. The purging gas leaving the first adsorber 1 passes into the lower valve block 5, from the latter through the second purge gas line 34 into the upper valve block 4, then flows through the second Aidsberg gas line 7 into the second adsorber 2 and back into the lower valve block 5 and finally leaves the plant as residual gas through the residual gas line 16. In this flushing process, the two adsorbers 1, 2 are almost without pressure.
Nachdem der Adsorptionsprozeß in dem dritten Adsorber 3 beendet ist, soll zwischen dem dritten Adsorber 3 und dem ersten Adsorber 1 ein Druckausgleich vollzogen werden. Hierzu veranlaßt der Impulsgeber 28 ein Schließen des ersten Steuerventils 21, wonach alle 3 Steuerventile 21, 22. 23 geschlossen sind. Daraufhin öffnet das mit dem ersten Steuerventil 21 verbundene Membranventil des ersten Pneumatikblocks 24, so daß alle Membranventile des ersten Pneumatikblocks 24 geöffnet sind. Das nun von der dritten Steuergasleitung 25 durch den ersten Pneumatikblock 24 zu den Adsorberventilen strömende Steuergae bewirkt ein Schließen aller Adsorberventile in den beiden Ventilblöcken 4, 5 und aller Membranventile in dem zweiten Pneumatikblock 26. Durch das Schließen dieser Membranventile kann nun kfin Steuergas mehr von der dritten Steuergasleitung 25 durch den zweiten Pneumatikblock 26 zu der gemeinsamen Steuergasleitung 27 strömen, worauf die gemeinsame Steuergusleitung 27 und die Zwischenräume 37 der 3 Druckausgleichventil j 9, 10, 11 drucklos werden, da das Steuergas über die Entlüftungsleitung 29 entweicht. Daraufhin öffnet das erste Druckausgleichventil 9 und das dritte Druckausglaichventil 11, so daß ein Druckausgleich zwischen dem dritten Adsorber 3 und dem ersten Adsorber X über das Rohr 34 erfolgt. Das zweite Druckausgleichventil 10 öffnet bei diesem Vorgang nicht, da der Druck in dem dritten Adsorber 3 über die zwe.'.teAfter the adsorption process has ended in the third adsorber 3, a pressure equalization is to take place between the third adsorber 3 and the first adsorber 1. For this purpose, the pulse generator 28 causes a closing of the first control valve 21, after which all three control valves 21, 22, 23 are closed. Then opened to the first control valve 21 connected diaphragm valve of the first pneumatic block 24, so that all diaphragm valves of the first pneumatic block 24 are opened. The now flowing from the third control gas line 25 through the first pneumatic block 24 to the adsorber Steuergae causes closing of all adsorber valves in the two valve blocks 4, 5 and all diaphragm valves in the second pneumatic block 26. By closing these diaphragm valves kfin control gas can now more of the third control gas line 25 through the second pneumatic block 26 to flow to the common control gas line 27, whereupon the common Steuerergusleitung 27 and the interstices 37 of the 3 pressure compensation valve j 9, 10, 11 are depressurized, since the control gas escapes through the vent line 29. Then opens the first pressure compensating valve 9 and the third Druckausglaichventil 11, so that a pressure equalization between the third adsorber 3 and the first adsorber X via the pipe 34 takes place. The second pressure compensation valve 10 does not open in this process, since the pressure in the third adsorber 3 over the two 'te'
2 -5 S 3 072 -5 S 3 07
Produktgasleitung 31 in dem Gasraum 39 des zweiten Druckausgleichventil 10 auf dessen zweite Membran 36 wirkt. Dieser Druck auf die zweite Membran 36 bewirkt über das Druckelement 38 ein Schließen der Durchtrittsöffnung des zweiten Druckausgleichventil» 10 durch dessen erste Membran 35. »uf diese Weise bewirkt der Druck in dem den Druck abgebenden dritten Adsorber 3 ein Schließen des nicht am Druckausgleich beteiligten zweiten Druckausgleichventils 10.Product gas line 31 in the gas space 39 of the second pressure compensation valve 10 acts on the second membrane 36. This pressure on the second diaphragm 36 causes via the pressure element 38, a closing of the passage opening of the second pressure compensating valve "10 through the first diaphragm 35." uf in this way, the pressure in the pressure-releasing third adsorber 3 causes a closing of the second not involved in pressure equalization Pressure compensation valve 10.
Nach etwa 3 Sekunden wird der Druckausgleich beendet. Hierzu veranlaßt der Impulsgeber 28 ein öffnen des dritten Steuerventils 23, wodurch das damit verbundene Membranventil des ersten Pneumatikblockes 24 schließt und somit dem aus der dritten Steuergasleitung 25 kommenden Steuergas den Weg zu bestimmten Adsorberventilen (wodurch diese öffnen) und zu dem dem dritten Steuerventil 23 zugeordneten Membranventil des zweiten Pneumatikblocks 26 versperrt. Dadurch öffnet dieses Membranventil des zweiten Pneumatikblocks 26 und ermöglicht dem aus der dritten Steuergasleitung 25 kommenden Steuergas den Druchtritt zu der gemeinsamen Steuergasleitung 27 un^ somit zu den Zwischenräumen 37 der 3 Druckausgleichventile 9, 10, 11, woraufhin auch das erste Druckausgleichventil 9 und das dritte Druckausgleichventil 11 schließen, so daß am Ende des Druckausgleiches wieder alle 3 Druckausgleichventile 9, 10, 11 geschlossen sind.After about 3 seconds, pressure equalization will stop. For this purpose, the pulse generator 28 causes an opening of the third control valve 23, whereby the associated diaphragm valve of the first pneumatic block 24 closes and thus the control gas coming from the third control gas line 25 the way to certain adsorber valves (whereby they open) and to the third control valve 23 associated Diaphragm valve of the second pneumatic block 26 blocked. This opens this diaphragm valve of the second pneumatic block 26 and allows the coming from the third control gas line 25 control gas Druchtritt to the common control gas line 27 and thus to the spaces 37 of the 3 pressure compensation valves 9, 10, 11, whereupon also the first pressure compensating valve 9 and the third Close pressure compensation valve 11, so that all 3 pressure compensation valves 9, 10, 11 are closed again at the end of the pressure equalization.
Dieser Vorgang wiederholt sich nach jedem Adsorptionsprozeß, wobei lediglich andere Steuer-, Membran- und Druckausgleichventile wirksam werden. Nach Beendigung des Adsorptionsprozesses im ersten Adsorber 1 schließt das dritte Steuerventil 23, so daß alle 3 Steuerventile 21, 22, 23 geschlossen sind. Dadurch sind alle 3 Membranventile des ersten Pneumatikblocks geöffnet, demzufolge alle Adsorberventile geschlossen und alle 3 Membranventile des zweiten Pneumatikblocks 26 geschlossen. Dies bewirkt ein öffnen des ersten Druckausgleichventils 9 und des zweiten Druckausgleichventils 10, wodurch ein Druckausgleich zwischen dem ersten Adsorber 1 und dem zweiten Adsorber 2 stattfindet. Das nicht am Druckausgleich beteiligte dritte Druckausgleichventil 11 bleibt geschlossen, da der Druck in dem ersten Adsorber 1 über die dritte Produktgaslei-This process is repeated after each Adsorptionsprozeß, with only other control, diaphragm and pressure relief valves are effective. After completion of the adsorption process in the first adsorber 1, the third control valve 23 closes, so that all 3 control valves 21, 22, 23 are closed. As a result, all 3 diaphragm valves of the first pneumatic block are opened, as a result of which all adsorber valves are closed and all three diaphragm valves of the second pneumatic block 26 are closed. This causes an opening of the first pressure compensation valve 9 and the second pressure compensation valve 10, whereby a pressure equalization between the first adsorber 1 and the second adsorber 2 takes place. The third pressure compensating valve 11, which is not involved in the pressure equalization, remains closed because the pressure in the first adsorber 1 remains above the third product gas line.
tung 32 auf die zweite Membran 36 des dritten Druckausgleichventils 11 wirkt, der ausgeübte Druck über das Druckelement 38 auf die erste Membran 35 übertragen wird und die erste Membran 35 die Durchtrittsöffnung dieses Druckausgleichventils verschließt. Da« Ende dieses Druckausgleichs wird durch ein öffnen des zweiten Steuerventile 22 hervorgerufen, wodurch ein Steuergasfluß voi) der dritten Steuergasleitung 25 über die gemeinsame Steuergasleitung 27 zu den Zwischenräumen 37 aller 3 Druckausgleichventile 9, 10, 11 ermöglicht wird, was ein Schließen der beiden Druckausgleichventil 9, 10 mit sich bringt. Das Offnen des zweiten Steuerventils 22 bewirkt weiterhin das Offnen jener Adsorberventile, die die Durchführung des Adsorptionsprozesses in dem zweiten Adsorber 2 gestatten.Device 32 acts on the second diaphragm 36 of the third pressure compensating valve 11, the pressure exerted via the pressure element 38 is transmitted to the first diaphragm 35 and the first diaphragm 35 closes the passage opening of this pressure compensating valve. Since «end of this pressure equalization is caused by an opening of the second control valves 22, whereby a control gas flow voi) the third control gas line 25 via the common control gas line 27 to the interstices 37 of all 3 pressure compensation valves 9, 10, 11 is possible, resulting in closing the two pressure compensating valve 9, 10 brings. The opening of the second control valve 22 further causes the opening of those adsorber valves that allow the implementation of the adsorption process in the second adsorber 2.
Claims (2)
Priority Applications (8)
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