DE102009048506B4

DE102009048506B4 - Process and gas centrifuge for efficient separation of the heavy component from gas mixtures

Info

Publication number: DE102009048506B4
Application number: DE102009048506A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-03-04
Filing date: 2009-10-08
Publication date: 2013-02-21
Anticipated expiration: 2029-10-09
Also published as: DE102009048506A1

Abstract

Verfahren zur effizienten Separierung der schweren Gaskomponente, befindlich in einem Gasgemisch, a) wobei das Gasgemisch (2) in einer zylindrischen Zentrifugentrommel (6) mit vertikaler Drehachse durch Motorkraft in Rotation gebracht wird, und wobei b) das Gasgemisch (2) mehrere konzentrisch angeordnete Zylinder hintereinander durchläuft, angetrieben vom Druck, erzeugt durch die Zentrifugalkraft, der höher ist an jedem größeren Durchmesser als im Einlaßbereich, wo der kleinste Durchmesser der Zentrifugentrommel (6) zu finden ist, c) dergestalt, daß durch die Zentrifugalkraft die Konzentration an der schweren Komponente des Gasgemisches (2) immer an der inneren Fläche der jeweiligen Zylinder erhöht wird, so daß je länger der Weg ist, den das Gasgemisch (2) durchlaufen hat, desto dicker diese Gasschicht mit höherer Konzentration ist, wobei der Wechsel von einem inneren zylindrischen Raum (8), (16), (21), (22) zu einem nächsten äußeren konzentrischen Raum (16), (21), (22), (23) die bereits getrennten Gasschichten mit unterschiedlichen Dichten übernimmt, so...Method for efficient separation of the heavy gas component, located in a gas mixture, a) wherein the gas mixture (2) is rotated in a cylindrical centrifuge drum (6) with vertical axis of rotation by engine power, and b) the gas mixture (2) has a plurality of concentrically arranged Cylinder in succession, driven by the pressure generated by the centrifugal force, which is higher at each larger diameter than in the inlet region, where the smallest diameter of the centrifuge drum (6) can be found, c) such that by the centrifugal force, the concentration of the heavy Component of the gas mixture (2) is always increased on the inner surface of the respective cylinders, so that the longer is the way that has passed through the gas mixture (2), the thicker this gas layer with higher concentration, the change of an inner cylindrical Space (8), (16), (21), (22) to a next outer concentric space (16), (21), (22), (23) takes over the already separated gas layers with different densities, so ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur effizienten Separierung der schweren Komponente befindlich in einem Gasgemisch und auf die dafür vorgesehene Gaszentrifuge.The invention relates to a method for the efficient separation of the heavy component befindlichem in a gas mixture and to the designated gas centrifuge.

Zentrifugen zur Separierung einer schweren Gaskomponente aus einem Gasgemisch sind seit langem bekannt.Centrifuges for separating a heavy gas component from a gas mixture have long been known.

So zeigt die DE 88 07 684 U1 (vgl. deren Figuren und den zugehörigen Text) eine Zentrifuge zur Separierung von Sauerstoff vom Stickstoff aus einem Luftgemisch, wobei die Zentrifuge eine um eine vertikale Achse drehende Tommel aufweist, die durch radiale Rippen in Sektoren aufgeteilt ist. Das zu trennende Gemisch wird über eine zentrale Zuleitung in die Trommel zugeführt, aus der die separierten Anteile durch Durchbrüche an der Unterseite der Außenwand der Trommel in der Weise abfließen, daß im wesentlichen sich die schwerere Gaskomponente in einer außen angeordneten Ringkammer und die leichteren Gaskomponenten sich in einer innen liegenden Ringkammer ansammeln. Die getrennten Gaskomponenten können dann über unten angeordnete Auslaßöffnungen aus den jeweiligen mitdrehenden Ringkammern abgezogen werden.That's how it shows DE 88 07 684 U1 (see their figures and the accompanying text) a centrifuge for separating oxygen from nitrogen from an air mixture, said centrifuge having a drum rotating about a vertical axis, which is divided into sectors by radial ribs. The mixture to be separated is supplied via a central supply line into the drum, from which the separated portions flow through openings at the bottom of the outer wall of the drum in such a way that substantially the heavier gas component in an outer annular chamber and the lighter gas components themselves accumulate in an internal annular chamber. The separated gas components can then be withdrawn via downwardly disposed outlet openings from the respective co-rotating annular chambers.

Die US 4 292 051 A (vgl. insbesondere deren 6 bis 8 und den zugehörigen Text) beschreibt ebenfalls eine vom Aufbau her sehr ähnliche Zentrifuge mit horizontaler Trommelachse für einen vergleichbaren Verwendungszweck. Die Zufuhr erfolgt von einer Seite in eine beiderseits gleitgelagerte, mit radialen Rippen in Segmente aufgeteilte Trommel und die Abfuhr auf der gegenüberliegenden Seite der Trommel über äußere Durchbrüche für die schwere Komponente und innenliegende Öffnungen für die leichteren Gaskomponenten in die jeweiligen feststehenden Ringkammern; zur Unterstützung des Durchflusses können hierbei auch Pumpen vorgesehen werden.The US 4 292 051 A (See in particular their 6 to 8th and the accompanying text) also describes a very similar centrifuge with a horizontal drum axis for a comparable purpose. The supply takes place from one side into a on both sides slidably, with radial ribs into segments divided drum and the discharge on the opposite side of the drum via outer openings for the heavy component and internal openings for the lighter gas components in the respective fixed annular chambers; Pumps can also be provided to assist the flow.

Keine der bekannten Vorrichtungen offenbart allerdings eine Vorrichtung geeignet bei hohen Geschwindigkeiten und sehr großen Gasdurchsätzen zu arbeiten, sprich eine Maschine mit relativ großem Durchmesser der Gaszuleitung zu vertragen. Die Auslegung derartiger Maschinen mit hoher mechanischer Beanspruchung der Rotorperipherie, wo mit Grenzwerten der Belastbarkeit gearbeitet wird, sowie der hohe Gasdurchsatz erfordern konstruktive Maßnahmen, welche die Rotorkonstruktion prägen.However, none of the known devices discloses a device capable of operating at high speeds and very high gas flow rates, that is to say to tolerate a relatively large diameter machine of the gas supply line. The design of such machines with high mechanical stress on the rotor periphery, where working with limit values of the load capacity, as well as the high gas flow rate require design measures that characterize the rotor design.

Der Grad der Separierung der schweren Komponente aus einem Gasgemisch mittels Zentrifugation ist direkt proportional mit der Länge des Aufenthalts in der Zentrifugentrommel. Nachdem die Trennungsgeschwindigkeit auch bei hohen Drehzahlen im Bereich von wenigen Zentimetern pro Sekunde sich bewegt, verursacht dies die Auslegung einer überlangen Zentrifugentrommel oder die drastische Reduzierung des Gasdurchsatzes. Deshalb haben die Gaszentrifugen nur ein Nischendasein bisher gehabt. Weil die Verlängerung der Zentrifugentrommel mit großen Abdichtungsproblemen verbunden ist, und dies bei gleichzeitig beachtlichen Durchmessern stattfinden muss, ergeben sich technische Grenzen die eine bedarfsgerechte Herstellung von Gaszentrifugen verhindert.The degree of separation of the heavy component from a gas mixture by centrifugation is directly proportional to the length of residence in the centrifuge drum. Since the separation speed also moves at high speeds in the range of a few centimeters per second, this causes the design of an overlong centrifuge drum or the drastic reduction of the gas throughput. Therefore, the gas centrifuges have only had a niche existence so far. Because the extension of the centrifuge drum is associated with great sealing problems, and this must take place at the same time considerable diameters, there are technical limits that prevent a need-based production of gas centrifuges.

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, die Trennung der Gase so zu machen, daß die Trommellänge relativ klein bleibt, bei gleichzeitiger Vervielfachung des Gasweges bezogen auf die Zentrifugenlänge und so die Abdichtungsprobleme lösbar bleiben. Dazu verwendet die erfindungsgemäße Zentrifuge eine Trommel in dessen Zentrum eine Reihe von konzentrischen Zylindern existieren, die zur Vervielfachung des Weges gemessen an die Zentrifugenlänge dienen. Dadurch wird das Gasgemisch eine ausreichend lange Zeit der Zentrifugation unterzogen bei gleichzeitig hohen Durchsatzwerten. Die Abdichtungsproblematik wird gelöst durch Plazierung der benachbarten zylindrischen Rotor- und Statorteile der Zentrifuge in geringem Abstand zueinander, wobei am Ende dieser zylindrischen Teile annähernd gleiche Druckverhältnisse herrschen, so daß ein Abfließen des Gases durch ohnehin engen Spalt wirksam verhindert wird. Am Ende des Zentrifugationsweges bewegt sich eine dichtere Schicht von Gas, die ein hoher Anteil an der schweren Komponente hat, entlang der letzten zylindrischen Wand der multiplen Zentrifugentrommel; dabei gerät diese angereicherte Gasmasse in Vertiefungen oder Aussparungen, die in der Zylinderwand regelmäßig an der Peripherie angeordnet sind und füllt diese. Jede dieser Vertiefungen hat ein Austrittloch, das die Zylinderwand durchdringt. Das Gas kommt in diesen Vertiefungen fast vollständig zum Stillstand, so daß unter Einwirkung der Zentrifugalkraft, das darin enthaltene angereicherte Gasgemisch immer mehr raffiniert wird, je naher es sich dem Austrittloch nähert und beim Erreichen dieses Loches nur noch schwere Komponente die Zentrifugentrommel verläßt. Durch konstruktive Vorsorge wird die so abgesonderte schwere Komponente zu einer Ringkammer geführt, wo sie sich ansammelt und durch eine seitlichen Öffnung in der Gehäusewand nach außen der Anwendung zugeführt wird.The present invention has set itself the task of making the separation of the gases so that the drum length remains relatively small, with simultaneous multiplication of the gas path relative to the centrifuge length and so the sealing problems remain solvable. For this purpose, the centrifuge according to the invention uses a drum in the center of which a number of concentric cylinders exist, which serve to multiply the travel measured at the centrifuge length. As a result, the gas mixture is subjected to centrifugation for a sufficiently long time with simultaneously high throughput values. The sealing problem is solved by placing the adjacent cylindrical rotor and stator of the centrifuge at a small distance from each other, at the end of these cylindrical parts approximately equal pressure conditions prevail, so that a flow of gas through effectively narrow gap is effectively prevented. At the end of the centrifugation path, a denser layer of gas, which has a high content of the heavy component, moves along the last cylindrical wall of the multiple centrifuge drum; this enriched gas mass gets into depressions or recesses which are regularly arranged in the cylinder wall at the periphery and fills them. Each of these recesses has an exit hole that penetrates the cylinder wall. The gas comes to a standstill in these wells almost completely, so that under the influence of centrifugal force, the enriched gas mixture contained therein is increasingly refined, the nearer it approaches the exit hole and leaving this hole only heavy component leaves the centrifuge drum. By constructive precaution, the separated so heavy component is guided to an annular chamber, where it accumulates and is supplied through a lateral opening in the housing wall to the outside of the application.

Nachdem der komplette Anteil der angereicherten Gasschicht von diesen Vertiefungen verschlungen wurde, befindet sich in dem letzten Abschnitt der Zentrifugaltrommel nur noch Gas ohne die schwere Komponente und dieses Gasrest wird durch Öffnungen im Boden der Zentrifugentrommel in eine Sammelkammer abgesondert. Durch eine weitere seitliche Öffnung in der Gehäusewand wird dieses Gas ebenfalls nach draußen der Anwendung zugeführt.After the complete portion of the enriched gas layer has been swallowed by these recesses, only gas without the heavy component is located in the last section of the centrifugal drum and this residual gas is separated into a collection chamber through openings in the bottom of the centrifuge drum. By a further lateral opening in the housing wall this is Gas also supplied to the outside of the application.

Die bisher beschriebene Trennung der schweren Komponente ist jedoch geeignet nur für Gasgemische, worin die darin enthaltene schwere Komponente einen relativ hohen Anteil hat, wie z. B. 10...80%. Das größte Problem bei der Separierung aus armen Gasgemischen ist, dass die dafür notwendige Umwälzung großer Volumina des primären Gasgemisches auch große Fliessgeschwindigkeiten des Gases bedingen, was im Widerspruch mit der meistens sehr kleinen Separierungsgeschwindigkeiten der schweren Komponente.However, the previously described separation of the heavy component is suitable only for gas mixtures, wherein the heavy component contained therein has a relatively high proportion, such as. Eg 10 ... 80%. The biggest problem with the separation from poor gas mixtures is that the necessary circulation of large volumes of the primary gas mixture also requires high gas flow velocities, which is in contradiction to the usually very small separation rates of the heavy component.

Die vorliegende Erfindung löst auch dieses Problem insbesondere für Konzentrationen im Bereich 0,05...0,03% bei deutlichen Dichteunterschieden von etwa 2,00:1,3 wie beim Kohlendioxid in der Umgebungsluft. Dafür wird eine andere Ausgestaltung der Erfindung in Betracht gezogen. Die bisher beschriebene Vorgehensweise wird für den Begin der Separierung unverändert angewendet, aber wegen der extrem kleinen Konzentration der schweren Komponente im Gasgemisch, gelingt es nicht mehr, die absolute Reinheit der schweren Komponente zu erreichen; vielmehr wird am Ende der Zentrifugationsstufe nur eine deutliche Anreicherung des Gasgemisches erreicht, während das Restgas sehr verarmt ist und aus der Zentrifugentrommel entlassen wird. Das deutlich angereicherte Gasgemisch wird erneut einer Zentrifugation in weiteren konzentrisch angeordneten Zylindern unterzogen, die hintereinander vom angereichertem Gas durchlaufen werden, bis eine erneute Verdichtung der schweren Komponente entlang der letzten zylindrischen Wand der Zentrifugentrommel stattfindet; dabei gerät diese angereicherte Gasmasse in Vertiefungen oder Aussparungen, die in der Zylinderwand regelmäßig an der Peripherie angeordnet sind und füllt diese. Jede dieser Vertiefungen hat ein Austrittloch, das die Zylinderwand durchdringt. Das Gas kommt in diesen Vertiefungen fast vollständig zum Stillstand, so daß unter Einwirkung der Zentrifugalkraft, das darin enthaltene angereicherte Gasgemisch immer mehr raffiniert wird, je näher es sich dem Austrittloch nähert und beim Erreichen dieses Loches nur noch schwere Komponente die Zentrifugentrommel verläßt. Durch konstruktive Vorsorge wird die so abgesonderte schwere Komponente zu einer Ringkammer geführt, wo sie sich ansammelt und durch eine seitlichen Öffnung in der Gehäusewand nach außen der Anwendung zugeführt wird. Nachdem der komplette Anteil der angereicherten Gasschicht von diesen Vertiefungen verschlungen wurde, befindet sich in dem letzten Abschnitt der Zentrifugaltrommel nur noch Gas ohne die schwere Komponente und dieses Gasrest wird durch Öffnungen im Boden der Zentrifugentrommel in eine Sammelkammer abgesondert, wo es sich mit dem Restgas stammend aus der ersten Stufe der Zentrifuge vermischt. Das Prinzip der Stufenweise Separierung kann nicht nur zweimal, sondern mehrfach in einer und derselben Zentrifuge angewendet werden.The present invention also solves this problem especially for concentrations in the range of 0.05 to 0.03% with significant differences in density of about 2.00: 1.3 as in the case of carbon dioxide in the ambient air. For this, another embodiment of the invention is considered. The procedure described so far is used unchanged for the beginning of the separation, but because of the extremely small concentration of the heavy component in the gas mixture, it is no longer possible to achieve the absolute purity of the heavy component; Rather, only a significant enrichment of the gas mixture is achieved at the end of the centrifugation, while the residual gas is very depleted and discharged from the centrifuge drum. The significantly enriched gas mixture is again subjected to centrifugation in further concentrically arranged cylinders which are successively passed through by the enriched gas until recompression of the heavy component takes place along the last cylindrical wall of the centrifuge drum; this enriched gas mass gets into depressions or recesses which are regularly arranged in the cylinder wall at the periphery and fills them. Each of these recesses has an exit hole that penetrates the cylinder wall. The gas comes to a standstill in these wells almost completely, so that under the influence of centrifugal force, the enriched gas mixture contained therein is refined more and more, the closer it approaches the exit hole and leaving this hole only heavy component leaves the centrifuge drum. By constructive precaution, the separated so heavy component is guided to an annular chamber, where it accumulates and is supplied through a lateral opening in the housing wall to the outside of the application. After the complete portion of the enriched gas layer has been swallowed by these wells, only gas without the heavy component is in the last section of the centrifugal drum and this gas residue is separated from the bottom of the centrifuge drum into a collection chamber where it merges with the residual gas mixed from the first stage of the centrifuge. The principle of stepwise separation can not only be applied twice, but several times in one and the same centrifuge.

Die Lösung dieses Problems erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Zentrifuge mit den Merkmalen des Anspruchs 4. So ist die vorgeschlagene erfindungsgemäße Vorrichtung relativ einfach; zuverlässig und läßt sich für größere oder ganz kleine Mengen Gaskomponenten mit höchster Dichte und Gasgemischen sowie Durchsätzen anwenden.The solution of this problem is achieved by a method having the features of claim 1 and by a centrifuge having the features of claim 4. Thus, the proposed device according to the invention is relatively simple; Reliable and can be used for larger or smaller amounts of gas components with the highest density and gas mixtures and throughputs.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Further advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert.An embodiment of the device according to the invention is shown in the drawings and will be explained in more detail below.

Es zeigt:It shows:

1 Längsschnitt durch die einstufige Zentrifuge 1 Longitudinal section through the single-stage centrifuge

2 Längsschnitt durch die mehrstufige Zentrifuge 2 Longitudinal section through the multi-stage centrifuge

3 Querschnitt durch die einstufige Zentrifuge (Schnitt A-A) 3 Cross-section of the single-stage centrifuge (section AA)

Aufgrund der Figuren wird die Funktion näher erläutert.Due to the figures, the function is explained in detail.

Die erfindungsgemäße Zentrifuge weist ein oberen Flansch 1, wodurch das zu bearbeitende Gasgemisch 2 angesaugt wird, und durch die zentralen Durchbrüche 3 in der oberen Gehäuseabdeckung 4 der erfindungsgemäßen Zentrifuge in die Ansaugöffnung 5 der Zentrifugentrommel 6 kommt, von wo es im ersten zylindrischen Raum 7, versehen mit longitudinalen Trennwänden 8 wechselt, weil die Rotation der Zentrifugentrommel 6 angetrieben vom Motor 9 das Gasgemisch radial beschleunigt. Dadurch entsteht einen zentrifugalen Druck im ersten zylindrischen Raum 7, der das Gasgemisch 2 axial zum unteren Ausgang 10 treibt. Dabei beginnt die schwere Komponente sich vom Gasgemisch zu trennen und es bildet sich entlang der zylindrischen Wand 15 in Richtung unterem Ausgang 10 eine immer dickere Schicht von leicht an der schweren Komponente angereichertem Gas. Diese zwei Gassorten wechseln nun zum zweiten zylindrischen Raum 12, wobei die an der schweren Komponente angereicherte Schicht sofort an die Zylinderwand 13 gepreßt wird und axial nach oben vom zentrifugalen Druck getrieben wird. Dabei verdichtet sich und verdickt sich die angereicherte Gasschicht immer mehr je näher das Gas dem oberen Ausgang 14 sich nähert. Das Gas befindet sich auch in diesem zweiten zylindrischen Raum 12 im Stillstand zur Zentrifugentrommel 6, bedingt durch die Trennwände 16. Das ganze wiederholt sich einige Male beim Durchschreiten der zylindrischen Räume 17, 18, 19 versehen mit den Trennwänden 21, 22, 23, wobei entlang der zylindrischen Wände 24, 25, 26 unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft eine immer mehr an der schweren Komponente angereicherte Gasschicht sich bildet. Nachdem im unteren Teil der zylindrischen Wand 26 die Konzentration an der schweren Komponente am höchsten ist – bezogen auf die erste Ausführungsvariante der Erfindung laut 1 –, wird mit der Extraktion der schweren Komponente begonnen. Dazu wird die hoch angereicherte Gasschicht zu den Vertiefungen 27 geführt, die in mehreren Reihen übereinander und regelmäßig in der Peripherie des Zylinders abgebracht sind und füllt sie. Jede dieser Vertiefungen 27 hat ein mittiges Austrittloch 28, das die zylindrische Wand 26 durchdringt. Das Gas kommt in diesen Vertiefungen 27 fast vollständig zum Stillstand, so daß unter Einwirkung der hier mit Höchstwerten herrschenden Zentrifugalkraft, das darin enthaltene Gasgemisch immer mehr raffiniert wird, je näher es sich dem Austrittloch 28 nähert und beim Erreichen dieses nur noch die schwere Komponente die Zentrifugentrommel verläßt. Das so separierte Gas 29 wird umgelenkt durch das Ablenkteil 30 und gelangt in die Ringkammer 31, gebildet zwischen dem Ringflansch 32, dem Gehäuseteil 33 und der letzten Zylindrischen Wand 26 der Zentrifugaltrommel 6. Darin befindet sich auch der Sensor 34, der die Konzentration der schweren Komponente feststellt und kann die Entnahme des Separationsgutes 35 durch ein elektrisch geregeltes Ventil 36 steuern. Dieser Regelmechanismus soll ausgeschaltet sein zu Begin der Zentrifugation, bis eine steigende Konzentration gemessen wird; auf jeden Fall kann das gesteuerte Ventil 36 die Gasabführung nicht komplett während des normalen Betriebs stoppen, sondern nur drosseln, bis die optimale Konzentration erreicht ist; ein Abführungsstop sollte nur beim Stillstand der Zentrifuge erreicht werden. Das Restgas 37 wird durch die Durchbrüche 38 und mittels Rohre 61 in die untere Sammelkammer 39 geführt. Darin ist optional auch ein Sensor 40 vorhanden, der die Präsenz der schweren Komponente mißt und wenn diese Konzentration einen bestimmten Wert überschreitet, er ein elektrisch gesteuertes Ventil 41 regelt um die Restgasabführung zu drosseln. Dieses Ventil 41 sollte im normalen Betrieb nicht komplett geschlossen werden, sondern nur beim Stillstand der Zentrifuge.The centrifuge according to the invention has an upper flange 1 , whereby the gas mixture to be processed 2 is sucked in, and through the central breakthroughs 3 in the upper housing cover 4 the centrifuge according to the invention in the suction port 5 the centrifuge drum 6 comes from where it is in the first cylindrical space 7 , provided with longitudinal partitions 8th changes because the rotation of the centrifuge drum 6 powered by the engine 9 accelerates the gas mixture radially. This creates a centrifugal pressure in the first cylindrical space 7 that the gas mixture 2 axially to the lower exit 10 drives. The heavy component begins to separate from the gas mixture and it forms along the cylindrical wall 15 in the direction of the lower exit 10 an ever thicker layer of gas slightly enriched in the heavy component. These two gas types now switch to the second cylindrical space 12 in which the layer enriched in the heavy component immediately reaches the cylinder wall 13 is pressed and driven axially upward by the centrifugal pressure. In this case, the enriched gas layer condenses and thickens more and more the closer the gas is to the upper outlet 14 is approaching. The gas is located also in this second cylindrical space 12 at a standstill to the centrifuge drum 6 , due to the partitions 16 , The whole thing is repeated a few times while passing through the cylindrical spaces 17 . 18 . 19 provided with the partitions 21 . 22 . 23 , being along the cylindrical walls 24 . 25 . 26 under the influence of centrifugal force, an increasingly enriched in the heavy component gas layer is formed. After in the lower part of the cylindrical wall 26 the concentration of the heavy component is highest - based on the first embodiment of the invention loud 1 -, is begun with extraction of heavy component. For this purpose, the highly enriched gas layer becomes the depressions 27 which are laid down in several rows one above the other and regularly in the periphery of the cylinder and fills them. Each of these wells 27 has a central exit hole 28 that is the cylindrical wall 26 penetrates. The gas comes in these depressions 27 almost completely stopped, so that under the influence of the centrifugal force prevailing here with maximum values, the gas mixture contained therein is increasingly refined, the nearer it is to the outlet hole 28 approaching and on reaching this only the heavy component leaves the centrifuge drum. The gas separated in this way 29 is deflected by the deflection 30 and enters the annular chamber 31 formed between the annular flange 32 , the housing part 33 and the last Cylindrical wall 26 the centrifugal drum 6 , This also contains the sensor 34 determining the concentration of the heavy component and can the removal of the separation material 35 through an electrically controlled valve 36 Taxes. This control mechanism should be switched off at the beginning of the centrifugation until an increasing concentration is measured; In any case, the controlled valve 36 Do not stop the gas discharge completely during normal operation, but only throttle until the optimum concentration is reached; an exhaust stop should only be achieved when the centrifuge is at a standstill. The residual gas 37 gets through the breakthroughs 38 and by means of pipes 61 in the lower collection chamber 39 guided. In it is optional also a sensor 40 present, which measures the presence of the heavy component and if this concentration exceeds a certain value, he is an electrically controlled valve 41 regulates to throttle the residual gas discharge. This valve 41 should not be completely closed during normal operation, but only when the centrifuge is at a standstill.

Die Zentrifugentrommel 6 bestehend aus der oberen Abdeckung 42 zusammengehörig mit der zylindrischen Wand 26, welche paßgenaue Vertiefungen 46 für die zylindrischen Wände 15, 24 hat, der unteren Basisplatte 43 welche zusammengehörig mit dem Ablenkteil 30 ist und welche versehen ist mit Vertiefungen 44, 45 für die paßgenaue Aufnahme der zylindrischen Wände 13, 25, 26, welche verbunden sind unter Anwendung von Montagesrauben 50 mit dem Zentralteil 47, den Abstandshalter 48 an der oberen Teilachse 49, welche im Kugellager 51 steckt, wessen Außenring im Zentralteil 52 der oberen Gehäuseabdeckung 4 montiert ist. An der unteren Seite der Basisplatte 43 der Zentrifugentrommel 6 ist die untere Teilachse 53 mittels des damit zusammengehörigen Flansch 54 an der unteren Basisplatte mittels Montageschrauben 55 befestigt. Der Kugellager 81 fixiert drehbar die untere Teilachse 53 gegenüber der unteren Gehäuseplatte 56. Der Motor 9 ist mechanisch an die untere Teilachse 53 mittels Verbindungselement 57 gekoppelt, wobei dieser Motor 9 vollständig eingekapselt mittels Zylinderflansch 58, Abdeckung 59 und Montageschrauben 60 an der unteren Gehäuseplatte 56 befestigt ist. Die Kühlung des Motors 9 muss mittels Zirkulation des Restgases 37 stattfinden, welche mittels Ventilator und Durchbrüche – nicht dargestellt in der Zeichnung – zur Sammelkammer 39 gelöst ist.The centrifuge drum 6 consisting of the top cover 42 associated with the cylindrical wall 26 , which precisely fitting depressions 46 for the cylindrical walls 15 . 24 has, the lower base plate 43 which belongs together with the deflection part 30 is and which is provided with wells 44 . 45 for the registration of the cylindrical walls 13 . 25 . 26 , which are connected using assembly screws 50 with the central part 47 , the spacer 48 on the upper part axis 49 which are in the ball bearing 51 whose outer ring is in the central part 52 the upper housing cover 4 is mounted. At the bottom of the base plate 43 the centrifuge drum 6 is the lower part axis 53 by means of the associated flange 54 on the lower base plate by means of mounting screws 55 attached. The ball bearing 81 rotatably fixes the lower part axis 53 opposite the lower housing plate 56 , The motor 9 is mechanically to the lower part axis 53 by means of connecting element 57 coupled, this engine 9 completely encapsulated by means of cylinder flange 58 , Cover 59 and mounting screws 60 on the lower housing plate 56 is attached. The cooling of the engine 9 must by means of circulation of the residual gas 37 take place, which by means of fan and openings - not shown in the drawing - to the collection chamber 39 is solved.

Eine sekundäre Zentrifuge geringen Ausmaßes 66 ist verbunden mit den Trennwänden 67 an der oberen Seite der oberen Abdeckung 42 und erzeugt einen zusätzlichen Druck in der kleinen Ringkammer 68, worin nun derselbe Druck herrscht wie in der Ringkammer 33. Dadurch ist ein Fliessen des Gases aus der Ringkammer 31 nach oben verhindert, obwohl ein Spalt 70 geringen Ausmaßes zwischen der zylindrischen Wand 26 (oder 69) und dem Gehäuseteil 33 existiert. Auch wenn die Drucke an den Enden des erwähnten Spaltes 70 nicht ganz gleich sind, bedingt durch leichte Schwankungen während des Betriebes, ist die dadurch fließende Menge doch ohne Bedeutung.A secondary centrifuge of minor extent 66 is connected to the partitions 67 on the upper side of the top cover 42 and creates an additional pressure in the small annular chamber 68 , in which now the same pressure prevails as in the annular chamber 33 , This is a flow of gas from the annular chamber 31 prevented upwards, although a gap 70 small extent between the cylindrical wall 26 (or 69 ) and the housing part 33 exist. Even if the prints at the ends of the mentioned gap 70 are not quite the same, due to slight fluctuations during operation, the amount flowing through it is irrelevant.

Das Restgas befindlich in der Sammelkammer 39 wird von einer tertiären Zentrifuge 62 im zentralen Bereich dieser angesaugt und durch die Trennwände 78 zur Rotation gebracht, was eine Druckerhöhung in der Druckkammer 64 bewirkt, der vergleichbar ist mit dem Druck in der Ringkammer 31, wodurch kein Gas durch den Spalt 71 zwischen Ablenkteil 30 und der zylindrischen Gehäusewand 65 fließen kann, wodurch auch das Abdichtungsproblem im unteren Teil der Zentrifugentrommel 6 gelöst ist. Das Restgas 37 wird im Bereich der tertiären Zentrifuge 61 durch einige Rohre 61 angeschraubt in der Verlängerung des jeweiligen Durchbruches 38 an der unteren Basisplatte 43 geleitet. Zum Zwecke der Abdichtung der Druckkammer 64, wird diese nach untern durch einen Ring 63 verschlossen, der an die Gehäusewand 65 mit Schrauben befestigt ist. Die bisher beschriebene Ausführungsvariante gemäß 1 ist insbesondere geeignet für die Abtrennung der schweren Gaskomponente befindlich mit Konzentrationen im Bereich 10...80% im Gasgemisch 2 und wobei der Dichteunterschied deutlich ist, wie etwa im Falle von Kohlendioxid mit Dichte 1,98 g/l gegenüber dem anderen Bestandteil des Gasgemisches 2 gebildet von Methan mit einer Dichte von 0,74 g/l.The residual gas is in the collection chamber 39 is sucked by a tertiary centrifuge 62 in the central region of this and through the partitions 78 brought to a rotation, causing an increase in pressure in the pressure chamber 64 causes, which is comparable to the pressure in the annular chamber 31 , which eliminates gas through the gap 71 between deflection part 30 and the cylindrical housing wall 65 which also causes the sealing problem in the lower part of the centrifuge drum 6 is solved. The residual gas 37 is in the field of tertiary centrifuge 61 through some pipes 61 screwed in the extension of each breakthrough 38 on the lower base plate 43 directed. For the purpose of sealing the pressure chamber 64 , this is nach untern through a ring 63 closed, attached to the housing wall 65 fastened with screws. The previously described embodiment according to 1 is particularly suitable for the separation of the heavy gas component befindlich with concentrations in the range 10 ... 80% in the gas mixture 2 and wherein the density difference is significant, such as in the case of carbon dioxide with density of 1.98 g / l over the other constituent of the gas mixture 2 formed from methane with a density of 0.74 g / l.

Bei Gasgemischen 2 mit geringem Anteil an der schweren Komponente, werden gemäß der weiteren Ausführungsvariante der Erfindung aus der 2 mehrere Zwischenstufen der Zentrifugation verwendet. Die erste Stufe der Zentrifugation funktioniert wie bereits in der bisherigen Beschreibung angegeben und endet (s. 2) durch die Entlassung aus der Zentrifugentrommel 6 des sehr verarmten an der schweren Komponente Restgases 37 aus dem zylindrischen Raum 19, sowie der Separierung eines stärker angereicherten an der schweren Komponente Gases 29 der in den zylindrischen Räumen 85 sowie 86 weiter durch Zentrifugation konzentriert wird, so daß entlang der zylindrischen Wand 69 jetzt eine Gasschicht mit deutlich erhöhter Konzentration der schweren Komponente sich nach unten bewegt. Gleichzeitig ist die axiale Fortbewegungsgeschwindigkeit hier wesentlich kleiner als in der ersten Stufe der Zentrifugation entlang der zylindrischen Wand 26, weil ein Grißteil der Gasmasse bereits aus der Zentrifugentrommel 6 entlassen wurde.For gas mixtures 2 with a small proportion of the heavy component, according to the further embodiment of the invention from the 2 used several intermediate stages of centrifugation. The first stage of the centrifugation works as already indicated in the previous description and ends (s. 2 ) by the discharge from the centrifuge drum 6 very impoverished at the heavy component residual gas 37 from the cylindrical space 19 , as well as the separation of a more enriched in the heavy component gas 29 in the cylindrical rooms 85 such as 86 is further concentrated by centrifugation, so that along the cylindrical wall 69 Now a gas layer with a significantly increased concentration of the heavy component moves down. At the same time, the axial speed of travel is much smaller than in the first stage of centrifugation along the cylindrical wall 26 because a part of the gas mass is already removed from the centrifuge drum 6 was dismissed.

Danach gerät diese Gasschicht in die Vertiefungen 73, die in mehreren Reihen übereinander und regelmäßig in der Peripherie der zylindrischen Wand 69 abgebracht sind und füllt sie. Jede dieser Vertiefungen hat ein mittiges Austrittsloch 74, von deutlich geringerem Durchmesser als die Austrittlöcher 28, das die zylindrische Wand 69 durchdringt. Das Gas kommt in diesen Vertiefungen 74 fast vollständig zum Stillstand, so daß hier unter Einwirkung der mit Höchstwerten herrschenden Zentrifugalkraft, das darin enthaltene Gasgemisch immer mehr raffiniert wird, je naher es sich dem Austrittloch 74 nähert und beim Erreichen dieses, nur noch die schwere Komponente die Zentrifugentrommel verläßt. Das so separierte Gas wird umgelenkt durch das Ablenkteil 30 und gelangt in die Ringkammer 31, falls nicht weitere Stufen der Zentrifugation sich anschließen. Die Anzahl der verwendeten Stufen der Zentrifugation ist nur von dem zulässigen Außendurchmesser der erfindungsgemäßen Zentrifuge begrenzt. Das sehr verarmte an der schweren Komponente Restgas 75 fließt durch die Durchbrüche 76 und Rohre 77 aus der Zentrifugentrommel 6 und kommt in die Sammelkammer 39. Hier vermischt sich das Restgas 75 mit dem Restgas aus der Sammelkammer 39 und wird wie oben beschrieben nach außen zur Anwendung geführt. Die Anwendung mehrerer Zentrifugationsstufen stellt sicher, daß aus sehr armen Gasgemischen die schwere Komponente mit absoluter Reinheit separiert werden kann. Allerdings ist der Reinheitsgrad des Restgases nicht mehr so hoch. Ein gewisser Anteil der schweren Komponente bleibt hier enthalten. Diese Betriebsweise ist sehr geeignet, um z. B. Kohlendioxid aus der Luft zu separieren, wo es mit einer Konzentration von 0,038% enthalten ist.Thereafter, this gas layer gets into the wells 73 arranged in several rows one above the other and regularly in the periphery of the cylindrical wall 69 are dissuaded and fills them. Each of these wells has a central exit hole 74 , of significantly smaller diameter than the exit holes 28 that is the cylindrical wall 69 penetrates. The gas comes in these depressions 74 almost completely to a standstill, so that under the influence of the centrifugal force with maximum values, the gas mixture contained therein is refined more and more, the closer it is to the outlet hole 74 approaching and on reaching this, only the heavy component leaves the centrifuge drum. The thus separated gas is deflected by the deflection 30 and enters the annular chamber 31 if no further stages of centrifugation follow. The number of stages of centrifugation used is limited only by the allowable outer diameter of the centrifuge according to the invention. The very impoverished at the heavy component residual gas 75 flows through the breakthroughs 76 and pipes 77 from the centrifuge drum 6 and comes into the collection chamber 39 , Here the residual gas mixes 75 with the residual gas from the collection chamber 39 and is applied to the outside as described above. The use of several centrifugation stages ensures that the heavy component can be separated from very poor gas mixtures with absolute purity. However, the purity of the residual gas is not so high. A certain proportion of the heavy component remains here. This mode of operation is very suitable for z. To separate carbon dioxide from the air, where it is contained at a concentration of 0.038%.

Claims

Process for the efficient separation of the heavy gas component, contained in a gas mixture, a) wherein the gas mixture ( 2 ) in a cylindrical centrifuge drum ( 6 ) is brought into rotation with vertical axis of rotation by engine power, and b) the gas mixture ( 2 ) passes through a plurality of concentrically arranged cylinders in succession, driven by the pressure generated by the centrifugal force, which is higher at each larger diameter than in the inlet region, where the smallest diameter of the centrifuge drum ( 6 c) such that the centrifugal force determines the concentration of the heavy component of the gas mixture ( 2 ) is always increased on the inner surface of the respective cylinders, so that the longer is the way the gas mixture ( 2 ), the thicker this higher-concentration gas layer is, the change from an inner cylindrical space ( 8th ) 16 ) 21 ) 22 ) to a next outer concentric space ( 16 ) 21 ) 22 ) 23 ) takes over the already separated gas layers with different densities, so that a continuous process of refining takes place, d) wherein in the last cylindrical space ( 23 ), where already a high concentration of the heavy component has been reached, the extraction of this gas layer begins, this layer with progressive displacement along the wall down from depressions ( 27 ), wherein these depressions in a last cylindrical wall ( 26 ) are formed in several rows and are practiced several times next to each other on the whole periphery regularly, they have a small height, but a large width and each with a central outlet hole ( 28 e) the process of refining in these depressions ( 27 ), but now without axial movement of the gas mass, ie practically at a standstill, which serves to separate the heavy component until the concentration thereof reaches approximately 100%, while the lighter components from the recesses ( 27 ) inwards into the cylindrical space ( 23 ), where they are entrained by the gas flow, f) whereby the separated heavy component through the respective central hole ( 28 ) of the depressions ( 27 ) the centrifuge drum ( 6 ) leaves and by a deflection ( 30 ) in an annular chamber ( 31 ) and accumulates here, g) whereby this separated component as Separationsgut ( 35 ) by tapping ( 20 ) application outside, controlled by a sensor ( 34 ) for detecting the concentration of severe Component and a valve controlled thereby ( 36 ), h) where the residual gas ( 37 ) through breakthroughs ( 38 ) and pipes ( 61 ) outside the centrifuge drum ( 6 ), where a lower pressure prevails, finally enters a collection chamber ( 39 ), from where it can be used outside the centrifuge by further tapping ( 88 ) and i) whereby this transfer by a sensor ( 40 ), responsive to non-presence of the heavy component, controlled valve ( 41 ) he follows.

Process according to Claim 1, characterized in that a) the seal above the annular chamber ( 31 ) by preventing gas circulation in a narrow gap ( 70 ) takes place in that at both ends of this gap ( 70 ) have approximately the same pressure conditions, with the help of the main centrifuge and a secondary centrifuge ( 66 ) be generated; b) and that the seal below the annular chamber ( 31 ) by preventing gas circulation in a narrow gap ( 71 ) takes place in that at both ends of this gap ( 71 ) approximately equal pressure conditions prevail, with a tertiary centrifuge ( 62 ) the necessary pressure in a pressure chamber ( 64 ) generated.

Process according to Claim 1, characterized in that a) a multistage centrifugation of the gas mixture ( 2 b) wherein the first stage of the centrifugation works as already stated in claim 1 and ends by the discharge from the centrifuge drum ( 6 ) of the at the heavy component very depleted residual gas ( 37 ) from a cylindrical space ( 19 ) as well as the separation of a gas enriched in the heavy component ( 29 ) in cylindrical spaces ( 85 ) such as ( 86 ) is further concentrated by centrifugation so that along one of a top cover ( 42 ) to a lower base plate ( 43 ) continuous cylindrical wall ( 69 ) now a gas layer with a significantly increased concentration of the heavy component moves down, c) wherein the axial travel speed along the cylindrical wall ( 69 ) is substantially smaller than in the first stage of centrifugation along that of the top cover ( 42 ) to the lower base plate ( 43 ) continuous cylindrical wall ( 26 ) is because much of the gas mass already from the centrifuge drum ( 6 ), whereby considerably more time is available for the separation of the gas components, d) whereby this gas layer is stored in depressions ( 73 ) in several rows one above the other and regularly in the periphery of the cylindrical wall ( 69 ) and filling them, each of these depressions having a central exit hole ( 74 ), of significantly smaller diameter than the exit holes ( 28 ), which is the cylindrical wall ( 69 ), whereby the gas in these depressions ( 73 ) almost completely stops, so that here, under the effect of the centrifugal force with maximum values, the gas mixture contained therein becomes more and more refined, the closer it is to the outlet hole (FIG. 74 ) and on reaching this, only the heavy component leaves the centrifuge drum, e) whereby the gas separated in this way is deflected by the deflecting part ( 30 ) and in the annular chamber ( 31 ), unless further stages of centrifugation follow, f) the number of centrifugation stages used being limited only by the permissible outer diameter of the centrifuge, and g) the residual gas being very depleted in the heavy component ( 75 ) through breakthroughs ( 76 ) and pipes ( 77 ) from the centrifuge drum ( 6 ) flows and into the collection chamber ( 39 ), in which it is mixed with the residual gas present here and out to the application.

Centrifuge for carrying out the method according to claims 1 to 3, characterized in that a) a central part ( 47 ) of the centrifuge drum ( 6 ), which has a vertical axis of rotation, together with a spacer ( 48 ) on an upper part axis ( 49 ) is fastened by means of screws, which upper part axis ( 49 ) in a ball bearing ( 51 ), whose outer ring is in a central part ( 52 ) an upper housing cover ( 4 ) is mounted on the lower side of the lower base plate ( 43 ) of the centrifuge drum ( 6 ) a lower partial axis ( 53 ) by means of a flange ( 54 ) on the lower base plate ( 43 ) by means of mounting screws ( 55 ), wherein a ball bearing ( 81 ) rotatably the lower part axis ( 53 ) with respect to a lower housing plate ( 56 ), whereby the engine ( 9 ) mechanically to the lower part axis ( 53 ) by means of a connecting element ( 57 ), wherein a motor ( 9 ) completely encapsulated by means of a cylinder flange ( 58 ) and a cover ( 59 ) on the lower housing plate ( 56 ) by mounting screws ( 60 ), b) wherein in the centrifuge drum ( 6 ) several concentric cylinder walls ( 15 ) 24 ) mounted in matching recesses in the top cover ( 42 ) are fastened by means of screws and, wherein further concentric cylinder walls ( 13 ) 25 ) in matching recesses ( 44 ) in the lower base plate ( 43 ) of the centrifuge drum ( 6 ) by means of mounting screws ( 50 ) are fixed so that the gas mixture is forced, all spaces ( 10 ) 14 ) 17 ) 18 ) 19 ) traversing each other by axial displacement, thus forcing a path that is many times longer than the total length of the centrifuge while at the same time being exposed to the influence of centrifugal force, c) and that in a last cylindrical wall ( 26 ) of the centrifuge drum ( 6 ) coming from the top cover ( 42 ) to the lower base plate ( 43 ) passes through several rows of wells ( 27 ), which are regularly practiced several times next to each other on the whole periphery, which have a small height but a large width, which each with a central exit hole ( 28 d) such that they communicate with an external space formed between the last cylindrical wall ( 26 ) and on the outside of the centrifuge drum ( 6 ) arranged deflecting part ( 30 ), which in turn with the annular chamber ( 31 ) communicating between the last cylindrical wall ( 26 ), a housing part ( 33 ), an annular flange ( 32 ) on the housing and the upper surface of the deflection ( 30 ) and, e) the last cylindrical space ( 19 ) through the breakthroughs ( 38 ) in the lower base plate ( 43 ) and their extension by means of pipes ( 61 ) a flow through the residual gas ( 37 ) into the collection chamber ( 39 ) allowed;

Centrifuge according to claim 4, characterized in that a) the secondary centrifuge ( 66 ) with partitions ( 67 ), axially above the top cover ( 42 ), the necessary back pressure in a small annular chamber ( 68 ) at the upper end of the narrow gap ( 70 ) located between the outer wall of the centrifuge drum ( 6 ) and the housing is formed, to prevent the gas circulation therein, b) wherein upwardly a coarse seal by the presence of a narrow gap between the secondary centrifuge ( 66 ) and the lower surface of the upper housing cover ( 4 ), which allows only a small gas flow, but which is completely from the gas mixture sucked in the inlet area of the secondary centrifuge ( 2 ) and c) the tertiary centrifuge ( 62 ) with partitions ( 78 ) the necessary backpressure in the pressure chamber ( 64 ) at the lower end of the narrow gap ( 71 ), which between the deflection part ( 30 ) and the housing is formed, to prevent the gas circulation therein, d) wherein a coarse seal by the presence of a narrow gap between the tertiary centrifuge ( 62 ) and the upper surface of a ring ( 63 ), which allows only a small gas flow, but which is completely from the sucked in the inlet region of the tertiary centrifuge residual gas from the collection chamber ( 39 ), e) the ring ( 63 ) on a housing wall ( 65 ) is fastened with screws, and f) where at appropriate points the tertiary centrifuge ( 62 ) from the pipes ( 61 ) and ( 77 ) is penetrated.

Centrifuge according to claim 4, characterized in that a) that further cylindrical walls ( 84 ) after the first cylindrical wall ( 26 ) concentrically between the upper cover ( 42 ) and the lower base plate ( 43 ) of the centrifuge ( 6 ) are placed in the case of using the multistage centrifugation such that gas already enriched in the heavy component from the first centrifugation stage ( 29 ) is exposed axially while being exposed to the radially acting centrifugal force so as to travel through another longer path to allow time for the separation of the heavy component to enter the further cylindrical space (FIG. 86 ), which is bounded by the cylindrical wall ( 69 ), wherein the depressions ( 73 ) arranged in several rows one above the other and regularly in the periphery of the cylindrical wall ( 69 ) are filled by gas enriched in the heavy component, each of which depressions ( 73 ) a central exit hole ( 74 ), of significantly smaller diameter than the exit holes ( 28 ), the radially inner cylindrical wall ( 26 b) whereby the gas in these depressions ( 73 ) almost completely comes to a standstill and through the exit holes ( 74 c) with further stages of centrifugation following as needed, as described, d) finally with the gas thus separated, consisting of the heavy component, passing through the baffle (FIG. 30 ) is deflected and into the annular chamber ( 31 ), where it accumulates.