DE202017006193U1 - Device for separating air - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Zerlegung von Luft (VZL) dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzerlegung mit Membranverfahren oder Druck-Wechsel-Adsorption, mit geringem Überdruck bei gleichzeitiger Anwendung von Vakuum, durchgeführt wird.Device for the decomposition of air (VZL), characterized in that the air separation with membrane process or pressure-swing adsorption, with a slight overpressure with simultaneous use of vacuum, is performed.

Description

Die Zerlegung von Luft zur Gewinnung der einzelnen Bestandteile erfolgt außer durch die Kryotechnik heute meist durch die Trennung mit Membranen oder durch Druck-Wechsel-Adsorption.The separation of air to obtain the individual components is done except by the cryogenics today mostly by the separation with membranes or by pressure-swing adsorption.

Bei beiden Verfahren werden Drücke von mindestens 3 bar verwendet.Both methods use pressures of at least 3 bar.

Die Majorität arbeitet üblicherweise mit Drücken von 6 bis 13 bar. Bei einem Überdruck von über 3 bar wird, wegen der adiabatischen Erwärmung der Luft, eine Kühlung und Trocknung nötig.The majority usually works with pressures of 6 to 13 bar. At an overpressure of more than 3 bar, cooling and drying are necessary due to the adiabatic heating of the air.

Die Kühlung ist nötig, weil die eingesetzten Trennmembranen hohe Temperaturen nicht tolerieren, oder weil die eingesetzten Adsorbentien an Wirkungsgrad verlieren.The cooling is necessary because the separation membranes used do not tolerate high temperatures, or because the adsorbents used lose efficiency.

Die Trocknung ist nötig, weil die abgekühlte Luft meist den Taupunkt unterschreitet und es dadurch zur Kondensation zu Wasser kommt und die ist schädlich für die Membranen und belastet die Adsorbentien.The drying is necessary because the cooled air usually falls below the dew point and this leads to condensation to water and that is harmful to the membranes and pollutes the adsorbents.

Die aus Kostengründen häufig eingesetzten, ölgeschmierten Schraubenkompressoren erfordern eine aufwändige Luftaufbereitung. Ölfreie Kompressoren sind erheblich teurer als ölgeschmierte.The often used for cost, oil-lubricated screw compressors require a complex air conditioning. Oil-free compressors are considerably more expensive than oil-lubricated ones.

Ein Verfahren, das für die genannten Trennverfahren mit Drücken unter 3 bar auskommt, wäre aus mehreren Gesichtspunkten vorteilhaft: 1. Durch die geringere adiabatische Erwärmung verringert und vereinfacht sich der Kühlaufwand, und es kommt nicht zur Wasserkondensation, 2. Es können einfache und preiswerte Kompressoren wie z. B. Klauenverdichter eingesetzt werden.A process that works for the mentioned separation processes with pressures below 3 bar, would be advantageous from several points of view: 1. By the lower adiabatic heating reduces and simplifies the cooling effort, and it does not come to water condensation, 2. It can be simple and inexpensive compressors such as B. claw compressor can be used.

Um eine effiziente Trennung der Luft auch bei kleinen Überdrücken zu gewährleisten, wird bei dem beschriebenen Verfahren auf der Permeatseite Vakuum eingesetzt.In order to ensure an efficient separation of the air, even at low pressures, vacuum is used in the described method on the permeate side.

Da das Verhältnis Druck auf der Permeatseite zu dem Druck auf der Gegenseite der wesentliche Faktor für die Trenn-Effizienz ist, kann bei Einsatz von Vakuum mit geringem Überdruck gearbeitet werden. Analoges gilt auch für die PSA (Pressure Swing Adsorption).Since the ratio of pressure on the permeate side to the pressure on the opposite side of the essential factor for the separation efficiency, can be used when using a vacuum with low pressure. The same applies to the PSA (Pressure Swing Adsorption).

So ergibt beispielsweise die Anwendung von 2 bar auf der Druckseite der Membran bei einem Vakuum von 200 mbar auf Permeatseite dieselben Ergebnisse wie die Anwendung von 10 bar auf der Druckseite und einem Atmosphärendruck auf der Permeatseite.For example, the application of 2 bar on the pressure side of the membrane at a vacuum of 200 mbar on the permeate side gives the same results as the use of 10 bar on the pressure side and an atmospheric pressure on the permeate side.

Die auf der Vakuumseite eingesetzten Vakuumpumpen sind preiswert und sehr wirtschaftlich zu betreiben. Hier bieten sich beispielsweise Klauenpumpen an.The vacuum pumps used on the vacuum side are inexpensive and very economical to operate. Here claw pumps offer, for example.

Ein Ausführungsbeispiel hat auf der Druckseite eine Klauenpumpe, die 150 m3 bei 2,5 bar liefert und auf der Permeatseite ebenfalls eine Klauenpumpe, die 50 m3 bei 200 mb abs. leistet.An embodiment has on the pressure side of a claw pump that delivers 150 m 3 at 2.5 bar and on the permeate side also a claw pump, the 50 m 3 at 200 mb abs. guaranteed.

Zur Reinigung der Ansaugluft werden Filter vorgeschaltet. Um den Druckverlust durch die Filter auszugleichen oder zu minimieren, kann beispielsweise ein Seitenkanalverdichter vorgeschaltet werden.To clean the intake air filters are connected upstream. To compensate for or minimize the pressure loss through the filter, for example, a side channel compressor can be connected upstream.

Seitenkanalverdichter sind preiswert in der Anschaffung und im Betrieb.Side channel blowers are inexpensive to buy and operate.

Ein solches Niederdrucksystem ist äußerst wirtschaftlich und wartungsfreundlich zu betreiben.Such a low pressure system is extremely economical and easy to operate.

Ein Ausführungsbeispiel ist in 1 dargestellt.An embodiment is in 1 shown.

Die Luft wird über einen Seitenkanalverdichter 1 angesaugt und durch einen oder mehrere Filter 2 zu einem Verdichter 3, hier einem Klauenverdichter, geführt.The air is through a side channel blower 1 sucked in and through one or more filters 2 to a compressor 3 , here a claw compressor, led.

In der angesaugten Luft werden Temperatur, Druck und Feuchte gemessen.In the intake air temperature, pressure and humidity are measured.

Vor und nach den Filtern 2 wird der jeweilige Druck gemessen 8, 9. Die gemessenen Daten dienen der Überwachung des Vorverdichters und der Filter 2.Before and after the filters 2 the respective pressure is measured 8th . 9 , The measured data serve to monitor the supercharger and the filters 2 ,

Dem Klauenverdichter 3 kann bei Bedarf ein Wärmetauscher 4 mit oder ohne Trockner F nachgeschaltet sein.The claw compressor 3 If necessary, a heat exchanger 4 be downstream with or without dryer F.

bei Bedarf kann dem Lufttrennmodul 6 noch ein Feinfilter 5 vorgeschaltet sein.If necessary, the air separation module 6 another fine filter 5 be upstream.

In diesem Fall werden die Drücke vor und hinter dem Filter gemessen 10 und 11.In this case, the pressures in front of and behind the filter are measured 10 and 11 ,

Vor dem Trennmodul 6 werden Druck, Feuchte und Volumenstrom gemessen 12 und sind Steuerdaten für das Steuerventil 16.In front of the separation module 6 Pressure, humidity and volume flow are measured 12 and are control data for the control valve 16 ,

Auf der Seite mit der O2-angereicherten Luft (Permeatseite) wird diese Luft mit einer Vakuumpumpe 7, beispielsweise einer Klauenpumpe, angesaugt. Der Ansaugunterdruck wird gemessen 13. Temperatur, Volumenstrom und O2-Gehalt der abgegebenen Luft werden gemessen 14 und können als Steuerparameter für das Steuerventil 16 dienen.On the side with the O2-enriched air (permeate side) this air is with a vacuum pump 7 , For example, a claw pump, sucked. The intake vacuum is measured 13 , Temperature, volume flow and O2 content of the discharged air are measured 14 and can be used as control parameters for the control valve 16 serve.

Auf der Stickstoffseite werden der Durchfluss und der O2-Gehalt 15 gemessen.On the nitrogen side, the flow and the O2 content 15 measured.

Auch diese Werte können in das Gesamtsteuersystem eingebunden werden und als Regelparameter dienen.These values can also be integrated into the overall control system and serve as control parameters.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vorverdichtersupercharger
22
Filterfilter
33
Verdichtercompressor
44
Wärmetauscherheat exchangers
55
Feinfilterfine filter
66
LufttrennmodulAir separation module
77
Vakuumpumpevacuum pump
88th
Manometer (p)Pressure gauge (p)
99
pp
1010
pp
1111
pp
1212
p, , V, rel. Feuchtep, V, rel. humidity
1313
pp
1414
T, V, % O2T, V,% O2
1515
v, % O2v,% O2
1616
Steuerventilcontrol valve

Claims (9)

Vorrichtung zur Zerlegung von Luft (VZL) dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzerlegung mit Membranverfahren oder Druck-Wechsel-Adsorption, mit geringem Überdruck bei gleichzeitiger Anwendung von Vakuum, durchgeführt wird.Device for the separation of air (VZL), characterized in that the air separation with membrane process or pressure-swing adsorption, with a slight overpressure with simultaneous use of vacuum, is performed. VZL nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ölfrei arbeitende Niederdruckverdichter, beispielsweise Klauenverdichter, eingesetzt werden.VZL according to claim 1, characterized in that oil-free operating low-pressure compressor, such as claw compressors are used. VZL nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ölfrei arbeitende Vakuumpumpen eingesetzt werdenVZL according to claim 1, characterized in that oil-free working vacuum pumps are used VZL nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Unterdruck auf der Vakuumseite so gewählt wird, dass das Verhältnis Druck zu Vakuum dem Wert entspricht, der dem Druck entspricht bei Betrieb gegen Atmosphärendruck.VZL according to claim 1, characterized in that the negative pressure is selected on the vacuum side so that the ratio of pressure to vacuum corresponds to the value corresponding to the pressure when operating against atmospheric pressure. VZL nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die dem Verdichter zugeführte Luft durch Vorfilter gereinigt wird.VZL according to claim 1, characterized in that the compressor supplied air is purified by pre-filter. VZL nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die dem Verdichter zugeführte Luft durch einen Vorverdichter verdichtet wird, wodurch der Druckverlust durch den Vorfilter ausgeglichen wird.VZL according to claim 1, characterized in that the compressor supplied air is compressed by a supercharger, whereby the pressure loss is compensated by the pre-filter. VZL nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete Druck und der Unterdruck gemessen und so geregelt werden, dass ein vorgegebenes Verhältnis eingehalten wird.VZL according to claim 1, characterized in that the pressure used and the negative pressure are measured and regulated so that a predetermined ratio is maintained. VZL nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmessungen 10 und 14 als Regelgrößen gelten.VZL according to claim 1, characterized in that the pressure measurements 10 and 14 are considered controlled variables. VZL nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte des Systems in eine Gesamtsteuerung eines Prozesses eingebunden werden. (Industrie 4.0)VZL according to claim 1, characterized in that the measured values of the system are integrated into an overall control of a process. (Industry 4.0)
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