DE19847645A1 - Vorrichtung zur Zerlegung eines Gasgemisches - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zerlegung eines Gasgemisches, insbesondere zur Produktion von Wasserstoff, mittels druckmodulierter Adsorption (Pressure Swing Adsorp­ tion oder PSA), mit mehreren Adsorbern, im folgenden kurz als PSA-Vorrichtung bezeichnet.

Die in Fig. 1 dargestellte PSA-Vorrichtung nach dem Stand der Technik umfaßt mindestens vier Adsorber I, II, III und IV, die nach einem festgelegten Zyklus, der Adsorptions-, Regenerations- und Verdichtungsphasen umfaßt, zeitversetzt arbeiten. Der Zyklus umfaßt im allgemeinen während der Regenerations- und Verdichtungsphasen Schritte, in denen ein Druckausgleich zwischen zwei Adsorbern erfolgt.

Die PSA-Vorrichtung umfaßt zudem verschiedene, allen Adsor­ bern I, II, III und IV gemeinsam zugeordnete Sammelleitun­ gen, nämlich eine Versorgungsleitung 1, eine Produktions­ leitung 2, eine Leitung 3 zum Druckausgleich zwischen zwei Adsorbern, eine Elutionsleitung 4 und eine Leitung 5 zur Entnahme von Restgasen.

Jeder Adsorber I, II, III, IV ist an seinem Einlaß und an seinem Auslaß jeweils mit einer ihm zugeordneten Verteiler­ leitung 6 verbunden. Die Begriffe "Einlaß" und "Auslaß" bezeichnen die Einlaß- und die Auslaßseite eines in der Adsorptionsphase befindlichen Adsorbers.

Unabhängige Abzweigungen 7 mit Ventil stellen die Verbindung zwischen den den verschiedenen Adsorbern I bis IV zugeord­ neten Verteilerleitungen 6 und den Sammelleitungen 1 bis 5 her.

Die Abzweigungen 7 sind entweder über T-Stücke 8, deren gleichachsigen Anschlußstutzen mit den Verteilerleitungen 6 oder den Sammelleitungen 1 bis 5 verbunden sind und deren zu diesen Anschlußstutzen rechtwinklige dritte Stutzen mit Rohren verschweißt sind, die diese ein Ventil aufweisenden Abzweigungen 7 bilden, oder, wenn es sich um die Verbindung einer Abzweigung 7 mit einem Ende einer Verteilerleitung 6 oder einer Sammelleitung 1, 2, 3, 4 oder 5 handelt, über Winkelstücke 9 mit den Verteilerleitungen 6 und den Sammel­ leitungen 1 bis 5 verbunden.

Jede Abzweigung 7 besteht aus zwei Teilstücken 10 und 11 aus geraden Rohren, die über ein Winkelstück 12 miteinander verbunden sind, wobei das erste Teilstück 10 ein Ventil 13 umfaßt und rechtwinklig zu der jeweiligen Verteilerleitung 6 und das zweite Teilstück 11 parallel zu dieser Leitung 6 angeordnet ist.

Eine solche Vorrichtung hat zahlreiche Nachteile, die mit der Art der Verbindung der Adsorber I bis IV mit den Sammel­ leitungen 1 bis 5 im Zusammenhang stehen. Das bekannte Verbindungsschema ist komplex, so daß die Ventile 13 für Wartungsarbeiten nicht immer ohne weiteres zugänglich sind. Zudem sind nach diesem Verbindungsschema sehr viele T- und Winkelstücke erforderlich. Z.B. weist die in Fig. 1 darge­ stellte Vorrichtung 24 T-Stücke und 35 Winkelstücke auf.

Um die verschiedenen Leitungen und die in diesen angeord­ neten Ventile in einem Tragrahmen zu einer Konstruktion S zusammenzubauen, die häufig als "Ventilkasten" bezeichnet wird (in Fig. 1 gestrichelt umrandet), sind wegen der großen Zahl an T- und Winkelstücken eine Vielzahl an Schweißnähten herzustellen. Dies erhöht die Fertigungskosten einer solchen Vorrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die nach den gleichen Zyklen wie die bekann­ ten PSA-Vorrichtungen arbeiten kann, bei der aber die Ver­ bindung der Adsorber mit den Sammelleitungen der Vorrichtung vereinfacht ist.

Bei einer Vorrichtung zur Zerlegung eines Gasgemisches, insbesondere zur Produktion von Wasserstoff, mittels druck­ modulierter Adsorption, umfassend mindestens zwei Adsorber, die nach einem festgelegten Zyklus, der Adsorptions-, Rege­ nerations- und Verdichtungsphasen umfaßt, zeitversetzt arbeiten, wobei jeder Adsorber über eine ihm zugeordnete Verteilerleitung und von dieser abgehende, ein Ventil umfas­ sende Abzweigungen mit mindestens drei, allen Adsorbern gemeinsam zugeordneten Sammelleitungen verbunden ist, ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die den zwei Adsorbern zugeordneten, ein Ventil umfassenden Abzwei­ gungen zur Verbindung mit der jeweiligen Sammelleitung an ihren den Verteilerleitungen abgewandten Enden über ein T-Stück zusammengeführt und über dieses T-Stück und ein gera­ des Rohr mit der Sammelleitung verbunden sind.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung verdeutlicht die nachfolgende Beschreibung einer Ausführungsform nach der Erfindung anhand der Zeichnung. Es zeigt:

Fig. 1 eine Vorrichtung nach dem Stand der Technik; und

Fig. 2 eine Vorrichtung nach der Erfindung.

Die Bauteile in Fig. 2, die identisch mit denen in Fig. 1 sind, sind mit den selben Bezugszeichen wie in Fig. 1 ver­ sehen.

Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung unterscheidet sich von der nach Fig. 1 in folgenden Punkten:
Die ein Ventil aufweisenden Abzweigungen 7, die zwei benach­ barten Adsorbern zugeordnet sind, z. B. den Adsorbern I und II, und mit der gleichen Sammelleitung, z. B. der Leitung 5 zur Entnahme von Restgas, zu verbinden sind, bestehen aus geraden Rohren 14, in denen die Ventile 13 angeordnet sind. Die von den den Adsorbern I und II zugeordneten Vertei­ lerleitungen 6 abgewandten Enden der Abzweigungen 7 sind über die gleichachsigen Anschlußstutzen eines T-Stücks 20 verbunden. Der dritte Stutzen des T-Stücks 20 ist über eine Leitung 22, die den zwei verbundenen Abzweigungen 7 zugeord­ net ist und aus einem geraden Rohr besteht, mit der Sammel­ leitung 5 verbunden.

Dieses Verbindungsschema gilt für die benachbarten Adsorber I und II bzw. III und IV.

Die PSA-Vorrichtung nach Fig. 2 hat die gleiche Anzahl von T-Stücken 8 und 20 wie die Vorrichtung nach Fig. 1. Jedoch hat die erstere nur 15 Winkelstücke 9, was gegenüber der letzteren eine Einsparung von 20 Winkelstücken und 40 Schweißnähten bedeutet. Dies ermöglicht einerseits niedri­ gere Fertigungskosten der PSA-Vorrichtung und andererseits einen leichteren Zugang zu den Regelventilen 13, so daß die Wartung der PSA-Vorrichtung nach der Erfindung wesentlich leichter ist.

Alternativ kann dieses Vorrichtungsschema der Abzweigungen 7 auch über Kreuz angewendet werden. Z.B. können die den Adsorbern II und III zugeordneten Abzweigungen 7 einerseits und die den Adsorbern I und IV zugeordneten Abzweigungen 7 andererseits zur Verbindung mit der Versorgungsleitung 1 sowie mit den Leitungen 3 und 4 und mit der Restgasentnah­ meleitung 5 über T-Stücke 20 verbunden sein.

Nach einer weiteren Alternative können nur bestimmte Adsor­ ber bezüglich einer gegebenen Sammelleitung 1 gepaart sein. Z.B. sind die den Adsorbern I und II zugeordneten Abzwei­ gungen 7 über die T-Stücke 20 verbunden, während die Adsor­ ber III und IV auf herkömmliche Weise einzeln mit der Lei­ tung 1 verbunden sind.

Selbstverständlich eignet sich die Erfindung auch für Vor­ richtungen mit weniger oder mehr als vier Adsorbern.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Zerlegung eines Gasgemisches, insbe­ sondere zur Produktion von Wasserstoff, mittels druck­ modulierter Adsorption, umfassend mindestens zwei Ad­ sorber (I, II; III, IV), die nach einem festgelegten Zyklus, der Adsorptions-, Regenerations- und Verdich­ tungsphasen umfaßt, zeitversetzt arbeiten, wobei jeder Adsorber (I, II; III, IV) über eine ihm zugeordnete Verteilerleitung (6) und von dieser abgehende, ein Ventil umfassende Abzweigungen (7) mit mindestens drei, allen Adsorbern (I, II; III, IV) gemeinsam zu­ geordneten Sammelleitungen (1, 2, 3, 4, 5) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Adsorbern zugeordneten, ein Ventil umfassenden Abzweigungen (7) zur Verbindung mit der jeweiligen Sammelleitung (1, 2, 3, 4, 5) an ihren den Verteilerleitungen (6) abgewand­ ten Enden über ein T-Stück (20) zusammengeführt und über dieses T-Stück (20) und ein gerades Rohr mit der Sammelleitung (1, 2, 3, 4, 5) verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Abzweigungen (7) mit Ventil, die über ein T-Stück (20) zusammengeführt sind, aus einem geraden Rohr besteht, in dem das Ventil (13) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie mindestens vier Sammelleitungen (1 bis 5) umfaßt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens zwei Adsorberpaare (I bis IV) umfaßt.

5. Verwendung einer Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4 zur Produktion von Wasserstoff.