DE2309197A1 - Verfahren und einrichtung zum reinigen einer stroemung eines verunreinigten gases - Google Patents

Verfahren und einrichtung zum reinigen einer stroemung eines verunreinigten gases

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Description

H 590
PATENTANWÄLTE
Dr-In0. HAr;y Γ oCHKE
LfcixLiW 33
Auguste-Viktoria-StraS« 91
Howe-Baker Engineers, Inc., Tyler / Texas (V.St.v.A.)
Verfahren und Einrichtung zum Reinigen einer Strömung eines verunreinigten Gases
Die Erfindung betrifft allgemein das Reinigen von Gasen und insbesondere ein Verfahren und eine Einrichtung, in der eine fortdauernde Strömung eines verunreinigten Gases gereinigt werden soll, dass die Strömung abwechselnd durch zwei Adsorber geleitet und in gleichbleibender iiaenge ausgeliefert wird.
Bei der Einrichtung nach der Erfindung dienen zwei Adsorber zum Reinigen einer Strömung eines unter einem hohen Druck stehenden verunreinigten Gases, wobei jeder Adsorber mit Ventilen versehene einlass- und Auslassleitungen und mit Ventilen versehene Gegenstromleitungen und Entlüftungsleitungen aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund einer Umschaltfunktion in einem ersten Sinne zugleich die mit Ventilen ausgestatteten einlass- und Auslassleitungen des ersten Adsorbers und die mit Ventilen ausgestatteten Gegenstrom- und Entlüftungsleitungen des zweiten Adsorbers betätigt werden, dass aufgrund einer Umschaltfunktion in dem zum erstgenannten üinne
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ORIGINAL INSPECTED
entgegengesetzten Sinne zugleich die mit Ventilen ausgestatteten Einlass- und Auslassleitungen des zweiten Adsorbers und die mit Ventilen ausgestatteten Gegenstrom- und Entlüftungsleitungen des ersten Adsorbers betätigt werden, dass die Strömung des Gases in den genannten Gegenstromleitungen einen im wesentlichen gleichbleibenden Bruchteil der Strömung aus der Auslassleitung bildet, dass jede offene Entlüftungsleitung in der einrichtung geschlossen wird aufgrund einer Gegenströmung eines vorherbestimmten Gasvolumens, und dass zugleich die Strömung verunreinigten Gases aus einem verbrauchten Adsorber zu einem regenerierten Adsorber umgeleitet, wobei eine Entlüftung und eine Regenrierung des verbrauchten Adsorbers eingeleitet wird in Abhängigkeit von einem nahen Minimum bei jeder Periode einer sich vermindernden Druckdifferenz zwischen den genannten beiden Adsorbern, wobei die genannte Umschaltfunktion ausgeführt wird»
Die Erfindung betrifft ferner eine Gasreinigungseinrichtung mit zwei Adsorbern zum Reinigen einer Strömung eines verunreinigten Gases, von denen jeder Adsorber mit Ventilen ausgestattete Einlass- und Auslassleitungen, eine mit einem Ventil ausgestattete Gegenstromleitung und eine mit einem Ventil ausgestattete ^ntlüftungsleitung aufweist, welche Einrichtung gekennzeichnet ist durch einen ersten Steuerpfad, der bei Erregung zugleich die Einlass- und Auslassleitungen des ersten Adsorbers und die Gegenstrom- und Entlüftungsleitungen des zweiten Adsorbers in einem ersten Sinne in Betrieb setzt, durch einen zweiten Steuerpfad, der bei Erregung die Einlass- und Auslassleitungen des zweiten Adsorbers und die Gegenstrom- und Entlüftungsleitungen des ersten Adsorbers in einem zum erstgenannten Sinne entgegengesetzten Sinne in Betrieb setzt, durch Mittel zum Beeinflussen der Gasströmung in der Gegenstromleitung derart, dass diese Strömung einen im wesentlichen konstanten Bruchteil der Strömung aus der Auslassleitung bildet, durch mittel, die nach jeder Erregung des Steuerpfades bei einer Gegenströmung mit einem vorherbestimmten Gasvolumen alle offenen und mit Ventilen ausgestatteten Entlüftungsleitungen in der Einrichtung schließen, und durch mittel, die bei einem nahen Minimum in jeder Periode einer sich vermindernden Druckdifferenz zwischen den beiden Adsorbern die Steuerpfade
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abwechselnd in den erregten und den nicht erregten Zustand versetzen.
iiin weiterer Erfindungsgegenstand besteht aus einer Einrichtung zum Reinigen einer Strömung eines verunreinigten Gases bei konstanter Auslieferung einer Strömung gereinigten Gases, welche Einrichtung aufweist
(a) einen ersten und einen zweiten Adsorber zum Entfernen von Verunreinigungen aus der Gasströmung, welche Adsorber von der Gegenströmung des gereinigten Gases regeneriert werden,
(b) Mittel, die zugleich
(i) eine Strömung des verunreinigten Gases durch den ersten Adsorber einleiten,
(ii) den Druck im zweiten Adsorber durch Entlüften herabsetzen und die
(iii) durch den zweiten Adsorber eine Gegenströmung in
Umlauf setzen, die einen Bruchteil der Strömung des gereinigten Gases aus dem ersten Adsorber beträgt,
(c) mittel, die die Entlüftungsleitung des zweiten Adsorbers schließen, wenn das Volumen der Gegenströmung des gereinigten Gases bei dem niedrigen Druck gleich dem Volumen der Strömung des verunreinigten Gases durch den ersten Adsorber ist, das ungefähr die Fähigkeit des ersten Adsorbers, weitere Verunreinigungen zu entfernen, erschöpft, wobei der zweite Adsorber wieder unter Druck gesetzt wird, und
(d) Mittel, die bei dem Ansteigen des Druckes im zweiten Adsorber auf einen vorherbestimmten Druck, der sich dem Druck im ersten Adsorber annähert, die Strömung des Gases vom ersten zum zweiten Adsorber umleitet, den ersten Adsorber zugleich entlüftet und eine Gegenströmung eines regenerierenden Gases durch den ersten Adsorber in Umlauf setzt.
Wasserstofferzeugungsanlagen beispielsweise werden unterbrechungsfrei betrieben, und das Ausgangsprodukt wird als Speisematerial für eine weitere Behandlungseinheit be-nutzt. Um ein solches Material liefern zu können, müssen die Verunreinigungen,
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beispielsweise die Kohlenwasserstoffe, die in der Wasserstoffströmung in größeren Mengen enthalten sind, entfernt werden. Für viele Verwendungszwecke muss die Wasserstoffströmung einen fieinheitsgrad von 99,999$ aufweisen. Das Produkt aus einem Wasserstoff genera tor enthält häufig bis zu 30?£ Verunreinigungen. Es liegt daher die wichtige Aufgabe vor, die Gasströmung bis zum erforderlichen Reinheitsgrad zu reinigen.
Die Erfindung wird in Verbindung mit dem Betrieb einer Wasserstoff erzeugungsanlage beschrieben, die bei konstanter Strömungsmenge ein Produkt erzeugt, aus dem die Verunreinigungen entfernt worden sind.
Die gleiche Anlage kann selbstverständlich auch zum Reinigen anderer Gase außer Wasserstoff benutzt werden, in welchem Falle die für die betreffenden Produkte geeigneten Adsorber verwendet werden müssen.
Solche Einrichtungen und Verfahren sind beispielsweise in den US-Patentschriften 3 101 261 und 3 212 236 beschrieben, wobei die Adsorber mit einem Material beschickt, das für die Verunreinigungen vorzugsweise selektiv wirkt. Das durch solche Materialbette strömende Gas bewirkt eine Sättigung mit Verunreinigungen vor dem Bett, die das Bett allmählich durchdringen, bis dessen Fähigkeit, die Verunreinigungen zu entfernen, erschöpft ist. In diesem Falle wird der Adsorber aus dem Strömungskreislauf ausgeschaltet, und durch Hindurchleiten einer Gegenströmung gereinigten Gases wird der Adsorber regeneriert.
Bei einigen bekannten derartigen Anlagen erfolgte bei dem Auswechseln der Adsorber eine Änderung der Ausgangsströmung des Produktes, während bei anderen Anlagen diese Änderungen dadurch vermindert werden, dass in die Ausgangsleitung ein Puffertank eingeschaltet wird.
Die Erfindung ist auf die einfachste solcher Anlagen mit zwei Adsorbern gerichtet, bei der beständig eine Strömung des ι Endproduktes in gleichbleibender Menge aufrechterhalten wird, ohne dass ein Puffertank vorgesehen zu werden braucht.
Die Erfindung wird nunmehr unter Hinweis auf die beiliegende einzige Zeichnung beschrieben, die eine bevorzugte Ausführungsi'orm
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der Erfindung zum Reinigen einer Vvasserstroffgasströmung zeigt.
vV'ie aus der Zeichnung zu ersehen ist, strömt das in einer nicht dargestellten Anlage erzeugte Wasserstoffgas durch eine Rohrleitung 10 an einem Strömungsmesser 12, einem Ventil 14 und an den Kegelventilen 16 und 18 vorbei zu den Gefäßen 20 bezw. Das einen hohen Reinheitsgrad aufweisende (Jas aus den Adsorbern wird dann von d en Ventilen 24 und 26 in der gewünschten tlenge zur Auslassleitung 28 geleitet. Die Ventile 16, 18, 24 und 26 werden abwechselnd und wahlweise so betätigt, dass die zu reinigende Gasströmung durch die Adsorber 20 und 22 geleitet wird.
Die Adsorber 20 und 22 werden mit den herkömmlichen Adsorbierungsmitteln beschickt, wie holzkohle, Zeolith usw., welche Materialien die Verunreinigungen in der Wasserstoffgasströmung adsorbieren und auf diese V/eise aus der Strömung entfernen.
Die Adsorber bestehen aus senkrechten Behältern mit einem Durchmesser von 60 cm und einer Länge von 3,6 m. Eine solche Anlage kann bis zu ungefähr 14 kg/cm unter Druck gesetzt werden, wobei die Strömungsmengen so bemessen werden, dass die Adsorber in 8 bis 10 Minuten mit den Verunreinigungen gesättigt sind. Die Strömung in der Rohrleitung 10 muss daher in Zeitabständen von 8 bis 10 Minuten von dem einen Adsorber zum anderen umgeleitet werden, damit das adsorbierende Material in dem ausgeschalteten Adsorber regeneriert werden kann.
Bisher wurden Anlagen mit vier und mehr Adsorbern verwendet, wobei die Notwendigkeit bestand, bei jeder Arbeitsfolge vier getrennte Arbeitsstufen vorzusehen. Diese einzelnen Arbeitsstufen können wie folgt beschrieben werden»
(1) Die Adsorptionsstufe, während der das Produkt aus· der Rohrleitung 10 durch den Adsorber zum Entfernen der Verunreinigungen strömt,
(2) die Entlüftungsstufe, während der das im Adsorber unter einem hohen Betriebsdruck stehende Gas abgelassen und der Druck ungefähr auf den atmosphärischen Druck abgesenkt wird,
(3) Die Regenerations- oder Reinigungsstufe, während der die während der ersten Arbeitsstufe aus der Gasströmung
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entfernten Verunreinigungen aus dem adsorbierenden katerial dadurch entfernt werden, dass bei einem niedrigen Druck durch das Material eine Rückströmung gereinigten Ausgangsgases geratet wird, und (4) Die Unterdrucksetzungsstufe, während der der Adsorber wieder unter den erforderlichen hohen Druck gesetzt wird, bevor der Adsorber in den Strömungskreislauf wieder eingeschaltet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebenen Arbeitsgänge mit nur zwei Adsorbern (20 und 22) durchzuführen, so dass der technische Aufwand für eine gegebene Anlagevermindert wird. Die Arbeitsvorgänge werden so gesteuert, dass die Strömung in der ^usgangsrohrleitung 28 konstant bleibt. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden bisher Anlagen tuit mehr als zwei Adsorbergefäßen benutzt, und selbst bei solchen Anlagen musste in vielen Fällen zusätzlich ein Puffertank in der Ausgangsleitung vorgesehen werden, der bei der erfindungsgemäßen Anlage nicht erforderlich ist,
«»ie aus der Zeichnung zu ersehen ist, enthält die Betriebssteuereinrichtung die Ablass- oder Entlüftungsventile 30 una 32, die von den Behältern 20, 22 aus zu einer Rohrleitung 36 führen, die ihrerseits zu einem geeigneten Speicherbehälter fahrt, aus dem die aus den Adsorbern entfernten i»iaterialien beseitigt, als Brennstoff in einer Bearbeitungseinrichtung oder auf andere «Veiseverwendet werden können. Die Aufgabe der Ventile 30, 32 besteht darin, den hohen Betriebs im betreffenden Adsorber auf ungefähr den atmosphärischen Druck abzusenken. Bei einer Anlage, bei der die Rohrleitung 10 einem Durchmesser von 25,4 nun aufwies, betrug der Durchmesser der Entlüftungsleitungen 50,8 mm, wobei die Änderung des Durchmessers durch das Zusatzzeichen - a - angezeigt wird.
Um den aus dem Arbeitskreislauf ausgeschalteten Adsorber zu reinigen und wieder unter DrucK zu setzen, ist eine Rohrleitung 40 vorgesehen, die von einer Rohrleitung 28 abzweigt und zu einer Dosierungseinheit 42 in einer Gasrückstromschleife führt. In dieser von der Dosierungseinheit 42 abgehenden Ruckstromungsschleife ist ein Strömungsregulierungsventil 44 angeordnet,
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das die Strömung über die Ventile 46, 48 in den oberen Teil der Behälter 20, 22 leitet. In der Dosierungseinheit 42 ist ein Strömungsübertrager 50 angeordnet, der auf den Druckabfall an einer Drosselöffnung in der Einheit 42 anspricht und das Ausmaß der Strömung in der Rohrleitung 40 anzeigt. Der Strömungsübertrager 50 steht mit einer Steuervorrichtung 52 in Verbindung, die über ein Gestänge 54 mit dem Ventil 44 in Verbindung steht und dieses so einstellt, dass die Strömung in der Rohrleitung 40 konstant gehalten wird, selbst wenn der Druck im ausgeschalteten Adsorber während dessen Entlüftung, Reinigung und der Wiederunterdrucksetzung sich sehr stark verändert, wobei in der Rohrleitung 10 eine konstante Strömung vorausgesetzt wird.
Es ist eine Steuer- und Regulierungseinrichtung vorgesehen, die auf den Ausgang des Strömungsübertragers 50 anspricht und die Ventile in noch zu beschreibender Weise steuert (30, 32, 46 und 48). Ferner ist ein Differenzdruckschalterbetätigungsmittel 60 mit dem einen Eingang über eine Leitung 62 mit einer Stelle an der Leitung 40 verbunden, die stromauf von der Dosierungseinheit 42 gelegen ist. Es besteht eine zweite Verbindung mit dem zweiten eingang über eine Leitung 64 an einer vom Ventil 44 stromab gelegenen Stelle. Der Differenzdruckschalter 60 bestimmt den Zeitpunkt, in dem eine Umschaltung der Ventile 16, 18, 24 und 26 erfolgt mit dem Ziel, die Strömung vom Adsorber 20 zum Adsorber 22 umzuleiten und umgekehrt.
Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anlage beruht auf dem Umstand, dass bei der Reinigungsstufe jeder Arbeitsperiode durch den aus dem normalen Strömungskreislauf ausgeschalteten Adsorber ungefähr das gleiche Volumen des Gases zum Entfernen der adsorbierten Unreinheiten strömt wie das Gasvolumen, das während der Adsorptionsstufe durch den betreffenden Adsorber strömt. Die Reinigungsstufe wird jedoch mit einem ungefähr dem atmosphärischen Druck entsprechenden Druck betrieben, während die Adsorptionsstufe mit einem sehr hohen Druck von ungefähr 14 kg/cm betrieben wird. Während der Reinigungsstufe braucht daher nur ein Bruchteil der Gasmenge strömen, das während der Adsorptionsstufe der Leitung 16 zugeführt wird.
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Im besonderen besteht zwischen der Strömung in der Leitung 10 und in der Leitung 40 ein bestimmtes Verhältnis, das bestimmt wird von der strömungsabhängigen Lruckfunktion, die vom Übertrager 13 in der Einheit 12 ausgeübt wird. Die Leitung 66 übermittelt die Bezugsdruckfunktion einem Eingang einer Steuereinrichtung 52, deren zweiter Eingang mit dem Strömungsübertrager 50 verbunden ist. Wie bereits beschrieben, wird das Ventil 44 von der Einrichtung 52 so gesteuert, dass das Verhältnis der Strömungsmenge im Ventil 44 zur Strömungsmenge in der Leitung 10 konstant bleibt. Die über diese Strömung ausgeübte Druckausgangsfunktion hat jedoch keinen Einfluss auf die Erfindung.
Die soweit beschriebene Anlage steht unter der .Einwirkung einer elektrischen Steuereinrichtung 80, die aus einer Wechselstromquelle 81 mit Strom versorgt wird, der der Einrichtung über die beiden Leiter 82 und 83 zugeführt wird. An die Leiter 82 und 83 ist ein erstes Relais CR. zusammen mit einem von Hand bedienbaren Wählschalter 84 angeschlossen, der drei Einstellmöglichkeiten aufweist. Bei der in der Zeichnung dargestellten Einstellung wird die Anlage selbsttätig betrieben. j3ei der zweiten Einstellung ist die Anlage abgeschaltet, während bei der dritten Einstellung die Anlage von Hand betrieben wird oder gesteuert wird. Die erste Klemme des Schalters 84 steht über einen Schalter 86 mit dem einen Anschlusskontakt des Relais CR1 in Verbindung, dessen zweiter Anschlusskontakt mit der Leitung 83 verbunden ist. Die dritte Klemme des Schalters 84 steht über einen Leiter 88 mit dem Relais CR1 in Verbindung.
Zwischen die Leiter 82 und 83 ist ein zweites Steuerrelais CR2 über zwei Schaltungskreise geschaltet. Der erste Schaltungskreis enthält einen normalerweise offenen Schalter 90, der in zwei Einstellungen versetzt werden kann, wobei die eine Kontaktklemme mit der einen Anschlussklemme des Relais CRp verbunden ist, während dessen andere Anschlussklemme mit der Leitung 83 verbunden ist.
Der zweite, zum Relais CR2 führende Schaltungskreis enthält die beiden Schalter 92 und 94, die einander nachgeschaltet sind und zusammen eine Parallelschaltung zum Schalter 90 bilden. Der
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Schalter 92 ist normalerweise offen und der Schalter 94 normalerweise geschlossen.
Der Leiter 82 führt ferner zu zwei Schaltern 96 und 98. In der Zeichnung ist der Schalter 96 in geschlossenem Zustand und der Schalter 98 in offenem Zustand dargestellt. Die Schalter 96 und 98 versorgen abwechselnd zwei Gruppen mit je vier Elektromagneten mit Strom. Diese Elektromagnete bewirken bei Stromversorgung die Einstellung der Steuerventile 17, 19, 25, 27, 31, 33, 47 und 49. Ist der Schalter 96 geschlossen und der Schalter 98 geöffnet, so erhalten die Elektromagnete 17a, 25a, 33a und 49a Strom. Ist der Schalter 98 geschlossen und der Schalter 96 geöffnet, so erhalten die Elektromagnete 19a, 31a, 27a und 47a Strom.
Der Elektromagnet 17a steht über ein Gestänge 17b mit dem Steuerventil 17 in Verbindung, während der Elektromagnet 25a über ein Gestänge 25b mit dem Steuerventil 25 in Verbindung steht. Der Elektromagnet 33a steht über ein Gestänge 33b mit dem Steuerventil 33 in Verbindung, während der Elektromagnet 49a über ein Gestänge 49b mit dem Steuerventil 49 in Verbindung steht. Ebenso stehen die Elektromagneten 19a, 31a, 27a und 47a über die mechanischen Gestände 19b, 31b, 27b und 47b mit den Steuerventilen 19, 31, 27 bezwo 47 in Verbindung.
Der Schalter 33c ist dem Schalter 96 in der zum Elektromagneten 33a führenden Leitung nachgeschaltet, so dass die Stromversorgung des Elektromagneten 33a ein- oder ausgeschaltet werden kann unabhängig von den Elektromagneten 17a, 25a und 49a. In der gleichen Weise kann die Stromversorgung des Elektromagneten 31a durch den Schalter 31c unterbrochen werden.
Das Steuerrelais CR1 steht über ein Gestände 100 mit den Schaltern 96 und 98 in Verbindung, während das Steuerrelais GRp über ein Gestänge 102 mit dem Schalter 71 und über ein Gestänge 104 mit den Schaltern 31c und 33c in Verbindung steht. Der Differenzdrucksensor 60 ist durch ein Gestände 61 mit den Schaltern 86 und 94 verbunden.
Nunmehr wird die Arbeitsweise der elektrischen Steuereinrichtung beschrieben. Angenommen, der Schalter 86 sei geöffnet und der Schalter 94 geschlossen, und dass die Strömung aus der
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Leitung 10 vom Adsorber 22 zum Adsorber 20 gerade umgeleitet worden sei durch Schlieben des Ventils 18 und durch Offnen des Ventils 16. Das Relais CR1 ist ein impulsbetätigtes Arretierungsrelais. Bei der Zuführung eines Impulses zum Relais GR1 wurde der Schalter 96 soeben geschlossen und der Schalter 98 geöffnet. Bei diesem Betriebszustand erhalten die ilektromagnete 17a, 25a, 33a und 49a Strom und öffnen die Ventile 16, 24, 32 und 48. Die Ventile 18, 26, 30 und 46 bleiben geschlossen.
Die Adsorptionsstufe
Während der Adsorptionsstufe strömt das Gas aus der Leitung
10 ununterbrochen durch den Adsorber 20. und Wasserstoffgas mit
einem Reinheitsgrad' von 99,9997» verlässt den Adsorber 20 durch die Leitung 28.
Die Reinigungsstufe
Wird das Ventil 32 geöffnet in dem Zeitpunkt, in dem der Schalter 96 geschlossen wird, so wird das unter einem hohen Druck stehende Gas im Adsorber 22 durch die Leitung 36 abgelassen, so dass das Gas nunmehr unter ungefähr dem atmosphärischen Druck steht.
Die Regenerationsstufe
Das Ventil 44 wird so eingestellt, dass ungefähr 25/<- des durch die Leitung 28 strömenden Gases durch das Ventil 44 und danach durch das Ventil 48 nach unten durch den Adsorber 22 strö it, Diese Strömung befreit den Adsorber 22 von allen Verunreinigunge i, die dieser während der vorausgehenden Adsorptionsperiode aufgenommen hat.
Der Zähler 72, der zu Beginn der Adsorptionsperiode selbsttätig zurückgestellt worden ist, beginnt schrittweise zu zählen in Abhängigkeit vom Übertrager 70, bis eine vorherbestimmte Za 1 erreicht worden ist, die eine Strömung des gereinigten Gases durch das Ventil 44 in den Absorber 22 bei niedrigem Druck mit dem gleichen Volumen darstellt, das nach oben durch den Adsorber 22 während der Adsorptionsperiode bei hohem Druck geströmt ist. Wird die vorherbestimmte Zahl im Zähler 72 erreicht, so wird der Schalter 90 über das Gestänge 74 geschlossen.
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nachdem das vorherbestimmte Volumen des Regenerationsgases durch den Adsorber 22 geströmt ist, so wird bei dem kurzzeitigen Schließen des Schalters 90 durch den Zähler 72 das Relais CR2 mit Strom versorgt. Hierbei wird der Schalter 92 über das Gestänge 102 geschlossen und die Stromversorgung des Relais GRp aufrechterhalten, bis der Schalter 94 geöffnet wird. Das Gestänge 102 öffnet ferner den Schalter 71 um zu verhindern, dass der Zähler 72 während der Wiederunterdrucksetzungsstufe betätigt wird. Zugleich öffnet das Relais GR2 über das Gestänge 104 die Schalter 31c und 33c Da der Schalter 98 geöffnet ist, so erhielt der Elektromagnet 31a keinen Strom. Jedoch wurde der Schalter 96 geschlossen und der Elektromagnet 33a erhielt Strom. Bei dem Öffnen des Schalters 33c wurde die Stromversorgung des Elektromagneten 33a unterbrochen und das Steuerventil 33 zum Schließen des Ventils 32 betätigt, welcher Vorgang den Beginn der Wiederunterdrucksetzungsstufe anzeigt.
Die «iederunterdrucksetzungsstufe
Bei geschlossenem Ventil 32 bewirkt die Strömung des Gases durch das Ventil 44» dass der Druck im Adsorber 22 allmählich ansteigt.
Umschaltung
Sinkt der von der Einheit 60 ermittelte Druckunterschied
auf ungefähr 350 g/cm ab, so ist der Adsorber 22 im wesentlichen wieder vollständig unter Druck gesetzt worden, d.h. der Druck beträgt ungefähr 13»65 kg/cm . viird diese niedrige Druckdifferenz erreicht, so bewirkt die Einheit 60 über das Gestänge 61, dass der Schalter 86 geschlossen und der Schalter 94 geöffnet wird. Da das Relais CR1 ein impulsbetätigtes oder schrittweise arbeitendes Relais ist, so bewirkt das Relais bei Stromversorgung, dass der Schalter 98 geschlossen und der Schalter 96 geöffnet wird, hierbei wird die Stromversorgung der Elektromagnete 17a, 25a und 49a unterbrochen, während zugleich die Elektromagnete 19a, 27a, 31a und 47a Strom erhalten mit der Folge, dass die Ventile 18 und 26 die Strömung durch den Adsorber 22 leiten, während die Ventile 30 und 46 geöffnet werden und zugleich den Adsorber 20 durch das Ventil 30 entlüften, wobei die Strömung des Regenerätionsgases durch die Ventile 44 und 46 eingeleitet wird.
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Die Einheit 60 ist so eingerichtet, dass die Schalter 86 und 94 nur kurzzeitig betätigt werden, um das Relais CR1 mit Strom zu versorgen bezw«. das Relais CR^ von der Stromversorgung abzuschalten. Der Zähler 72 wurde selbsttätig auf den Anfangswert zurückgestellt und der Schalter 71 am i-nde der Reinigungsstufe geschlossen. Der Zähler 72 beginnt erneut mit der Zählung in Abhängigkeit von dem Volumen der unter einem niedrigen Druck stehenden Gasströmung durch das Ventil 44 in den Adsorber 20 erst nach dem Offnen des Schalters 94.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage bestand die Einheit 70 aus einem pneumatischen Strömungsintegrator, der von der Firma Foxboro Company, ioxboro, Massachusetts hergestellt und unter der Bezeichnung 14A-EP Series vertrieben wird.
Die Zählereinheit 72 bestand aus einer elektromechanischen Zähl- und Steuereinheit, die von der i'irma Durant, 622 North Cass Street, Milwaukee, Wisconsin, hergestellt und unter der Bezeichnung Durant 49600 Unisystems Electromechanical Count Control Unit vertrieben wird.
Das Relais CR1 bestand aus einem impulsbetätigten Relais, das von der Firma Potter and Brumfield, Newark, New Jersey hergestellt und unter der Bezeichnung AP11A Impuls Ratchet Relay vertrieben wird.
Die Einheit 60 bestand aus einem doppelpoligen Zweiwegeschalter, der bei einer Druckdifferenz von 350 g/cm wirksam wurde. Dieser Schalter wird von der Firma The Mercoid Corporation, 628 Davisville Road, Willow Grove, Pennsylvania hergestellt und unter der Bezeichnung Model No. DPAW-33 vertrieben.
Die Strömungsmesseinheiten 12 und 42 bestanden aus Einheiten, die von der Firma Daniel Industries, 9720 Katy Road, Houston, Texas hergestellt und als Model No. 520 vertrieben wird.
Die Betätigungsmittel 16a, 18a, 24a, 26a, 30a, 32a, 46a und 48a bestanden aus der Ausführung, die von der Firma Jamesbury Corporation, 640 Lincoln Street, Worcester, Massachusetts hergestellt und als Model No· ST50 vertrieben wird.
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Bei einer Anlage der beschriebenen Art müssen bei den Adsorbern berücksichtigt werden das Adsorbierungsmittel, und die rteite der Strömungsleitungen im Hinblick auf die Kapazität der Einrichtung, die das Ausgangsprodukt der Leitung 10 zuführt, die Güte dieses Produktes und die Anforderungen derjenigen Einrichtung, die das Endprodukt aus der Leitung 28 weiterverwendet. Die Voreinstellung des Zählers 72 hängt von dem Volumen des Hochdruckgases ab, das abgelassen werden muss, und von der Leistungsfähigkeit eines gegebenen Adsorbers für das Entfernen weiterer Verunreinigungen aus der Strömung. Solange die Strömung in der Einlassleitung 10 konstant bleibt, bleibt auch die Strömung durch das Ventil 44 konstant bei einer Menge, die einen Bruchteil der Strömung in der Leitung 10 darstellt. Die Gegenströmung des Gases durch das Ventil 44 dient einem doppelten Zweck. Erstens soll derjenige Adsorber gereinigt werden, mit dem das Ventil zu einer gegebenen Zeit in Verbindung steht. Der Zähler 72 beginnt mit der Zählung bei jeder Stromversorgung des Relais CR.. durch die Einheit 60, wobei das Volumen des Gases gemessen wird, das in einen Adsorber für Reinigungszwecke einströmt. Am Ende einer solchen Zählung wird der Schalter 90 betätigt. Bei dem Schließen des Schalters 90 durch den Zähler 72 werden die Schalter 31c und 33c geöffnet. Bei diesem Vorgang wird entweder das Ventil 30 oder das Ventil 32 geschlossen. Das Relais GRp wird geschlossen gehalten von dem Strom, der durch den Schalter 92 fließt, bis der Schalter 94 von der Einheit 60 geöffnet wird. In der Praxis ist die Zeitspanne zwischen dem Schließen des Schalters 90 und dem Offnen des Schalters 94 ungefähr doppelt so lang wie die Zeitspanne, die zum Reinigen eines gegebenen Adsorbers benötigt wird. Im besonderen ist die Zeit, die benötigt wird, um einen gegebenen Adsorber wieder unter Druck zu setzen, ungefähr doppelt so lang wie die Zeit, die zum Reinigen benötigt wird. Aus diesem Grunde muss der Schalter 71 während der Zeit geöffnet sein, in der der betreffende Adsorber wieder unter Druck gesetzt wird, so dass der Zähler 72 nur während der Reinigungsperiode arbeitet.
In der Praxis blieb die Strömungsmenge in der Auslassleitung 28 konstant, während die Adsorber abwechselnd in die Hauptströmung und in die Reinigungsströmung eingeschaltet wurden. Messungen
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haben ergeben, dass im Zeitpunkt der Umschaltung ein kurzzeitiger Druckimpuls auftritt; jedoch bleibt für alle Zwecke die Strömungsmenge konstant.
Obwohl die erfindungsgemäße Anlage nach der Beschreibung
von einer elektrischen Steueranlage betrieben wird, die zum .betätigen der Steuerventile in der Anlage dient, so können natürlich auch andere elektrische Netzwerke sowie auch pneumatische logische Mittel zum Ausführen der gleichen Funktionen verwendet werden, so dass die Gasreinigungsanlage ohne Verwendung der in der
Zeichnung dargestellten elektrischen einrichtungen betrieben werden kann. Alle Änderungen und Abwandlungen sollen als in den Rahmen der Erfindung fallend angesehen werden. Die Erfindung wird
daher nur durch die beiliegenden Patentansprüche abgegrenzt.
Patentansprüche
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Claims (3)

Patentansprüche
1. Verfahren zum Reinigen einer Strömung eines verunreinigten Grases in der Weise, dass das Gas abwechselnd unter hohem Druck durch zwei Adsorber geleitet wird, von denen jeder Adsorber ventilregulierte Einlass- und Auslassleitungen und ventilregulierte Gegenstrom- und Entlüftungsleitungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund eines jeden Auftretens einer Schaltfunktion die ventilregulierten Einlass- und Auslassleitungen des ersten Adsorbers und zugleich die ventilregulierten Gegenstrom- und Entlüftungsleitungen des zweiten Adsorbers in einem ersten Sinne betätigt werden, dass in einem zum ersten Sinne entgegengesetzten Sinne bei jedem Auftreten einer Schaltfunktion die ventilregulierten Einlass- und Auslassleitungen des zweiten Adsorbers und die ventilregulierten Gegenstrom- und Entlüftungsleitungen des ersten Adsorbers zugleich betätigt werden, dass das Gas in den Gegenstromleitungen in einer Menge strömt, die einen im wesentlichen konstanten Bruchteil der Strömung aus der Auslassleitung darstellt, dass aufgrund der Gegenströmung eines vorherbestimmten Gasvolumens eine offene ventilregulierte Entlüftungsleitung in der Anlage geschlossen wird, dass in Abhängigkeit von in der iMähe des Mindestwertes liegenden V/ert in jeder Periode einer absinkenden Druckdifferenz zwischen.den beiden Adsorbern die genannte Schaltfunktion ausgeübt wird, und dass zugleich die Strömung des verunreinigten Gases von einem verbrauchten Adsorber zu einem regenerierten Adsorber umgeleitet wird, während der verbrauchte Adsorber entlüftet und regeneriert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Schaltfunktionen aus dem Schließen von Stromkreisen durch ein Arretierungsrelais bestehen.
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3. Gasreinigungsanlage mit zwei Adsorbern zum Reinigen einer Strömung eines verunreinigten Gases, wobei jeder Adsorber mit ventilregulierten Einlass- und Auslassleitungen, mit einer ventilregulierten Gegenstromleitung und mit einer ventilregulierten Entlüftungsleitung versehen ist, sowie mit Mitteln zum wahlweisen Steuern der Strömung des genannten Gases durch die Adsorber, gekennzeichnet durch einen ersten Steuerpfad, der bei Erregung die Einlassleitung (16) und die Auslassleitung (24) des ersten Adsorbers (20) und zugleich die Gegenstromleitung (48) und die entlüftungsleitung (32) des zweiten Adsorbers (22) in einem ersten Sinne in Betrieb setzt, durch einen zweiten Steuerpfad, der bei Erregung die Einlassleitung (18) und die Auslassleitung (26) des zweiten Adsorbers (22) und zugleich die Gegenstromleitung (46) und die Entlüftungsleitung (30) des ersten Adsorbers in einem zum genannten ersten Sinne entgegengesetzten Sinne in Betrieb setzt, durch mittel (52,44), die in der Gegenstromleitung eine Gasströmung aufrechterhalten, die einen im wesentlichen konstanten Bruchteil der Strömung aus der Auslassleitung (28) darstellt, durch Mittel (72), die aufgrund der Gegenströmung eines vorherbestimmten Gasvolumens nach jeder Erregung des Steuerpfades eine offene ventilregulierte Entlüftungsleitung in der Anlage schließen, und durch lüttel (60,86,94), die bei einem nahe an einem iviindestwert liegenden .Wert in jeder Periode einer absinkenden Druckdifferenz zwischen den beiden Adsorbern die Steuerpfade abwechselnd in den erregten und den nicht erregten Zustand versetzen.
4· Anlage nach Anspruch 3, dadurcn gekennzeichnet, dass die Steuerpfade aus elektrischen Steuerpfaden bestehen.
5· Anlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten ersten und zweiten Steuerpfade aus elektrischen relaisgesteuerten Schaltern (96,33c) bestehen.
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6, Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassleitung (10) mit einem strömungsabhängigen Druckübertrager (13) ausgestattet ist, dass die Gegenstromleitung (40) mit einem strömungsabhängigen Druckübertrager (50) ausgestattet ist, dass ein Proportionierungsventil (44) vorgesehen ist, das in Abhängigkeit von den Druckübertragern die Strömung in der Gegenstromleitung reguliert.
7, Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das die Entlüftungsleitung schließende Mittel (72) aus einem Zähler besteht, der elektrische Impulse zählt, die von einem Strömungsintegrator (70) proportional zur Strömung in der Gegenstromleitung (40) erzeugt werden, und dass Mittel (31a,33a) vorgesehen sind, die bei jeder vorherbestimmten Zählung das offene Entlüftungsventil (30,32) schließen.
8· Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Steuerpfade eine elektrische Stromquelle (81) enthalten, dass an die Stromquelle ein impulsbetätigtes Heiais (CR.) mit zwei Pfaden angeschlossen ist und abwechselnd offen und geschlossen gehalten wird, das8 eine erste Gruppe von Elektromagneten (17a,25a,49a,33a) über einen der Pfade des Relais (CR1) Strom erhält, wobei die Elektromagnete der ersten Gruppe die ventilregulierte Strömungsleitung (16) des ersten Adsorbers (20), die ventilregulierte Auslassleitung (24) des ersten Adsorbers, die ventilregulierte Gegenstromleitung (48) des zweiten Adsorbers (22) und die Entlüftungsleitung (32) des zweiten Adsorbers in Betrieb setzen, dass eine zweite Gruppe von Elektromagneten (19a,27a,47a,31a) vorgesehen ist, die über den zweiten Pfad des Relais (CR1) Strom erhält, wobei die Elektromagnete der zweiten Gruppe die ventilregulierte Einlassleitung (18) des zweiten Adsorbers (22), die ventilregulierte Auslassleitung (26) des zweiten Adsorbers, die ventilregulierte Gegenstromleitung (46) des
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ersten Adsorbers (20) und die ventilregulierte Entlüftungsleitung (30) des ersten Adsorbers in Betrieb setzen, dass ein Zähler (72) vorgesehen ist, der in jeder Zeitspanne, in der eine ventilregulierte £ntlüftungsleitung (36) offen ist, einen der Strömung in der Gegenstromleitung (40) proportionalen Wert zählt, dass zwei von einer Druckdifferenz betätigte Schalter (86) vorgesehen sind, von denen der eine Schalter geschlossen und der andere Schalter jedesmal geöffnet wird, wenn der Druckunterschied zwischen den beiden Adsorbern (20,22) auf einen vorherbestimmten Mindestwert absinkt, dass ein zweites Relais (CRp) vorgesehen ist, das am Ende einer jeden genannten Zeitspanne Strom erhält und die genannten beiden Pfade öffnet, wobei die ülektromagnete (31a,33a) von der Stromversorgung abgeschaltet werden mit der Folge, dass wahlweise eine offene Entlüftungsleitung (36) geschlossen und der Zähler so lange ausgeschaltet wird, wie das zweite Relais Strom erhält, und dass ein Relaistromversorgungskreis (92) am zweiten Relais (GR2) vorgesehen ist, der vom zweiten Relais geschlossen gehalten und zugleich mit der Stromversorgung des ersten Relais (CR1) geöffnet wird, wodurch die Stromversorgung des zweiten Relais unterbrochen wird.
9· Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Zähler (72) über ein Gestänge (74) mit einem Schalter (90) in Verbindung steht, der das zweite Relais (CR2) kurzzeitig mit Strom versorgt.
10· Steuereinrichtung für eine Gasreinigungsanlage nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Steuerventil (44), das die Auslassleitung (28) mit Ventilregulierten Gegenstromeinlassleitungen (40) an dem einen Ende eines jeden Adsorbers (20,22) verbindet und eine Gegenströmung aufrechterhält, die einen Bruchteil der Strömung in der Einlassleitung (10) darstellt, dass am anderen finde der Adsorber eine ventilregulierte Entlüftungeleitung (30,32) vorgesehen ist, durch Mittel Mittel (80) die bei dem Einleiten der Strömung durch einen Adsorber (20, Oder 22) eine Entlüftung bewirken
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und eine Gegenströmung des genannten Bruchteiles des gereinigten Gases aus der Auslassleitung (28) durch das Steuerventil (44) zum anderen Adsorber einleiten, durch einen Gasvolumenintegrator (70), der die Entlüftungsleitung des zweiten Adsorber8 schlieft, wenn das Volumen des Regenerierungsgases, das durch den zweiten Adsorber unter einem niedrigen Druck strömt, gleich dem genannten gegebenen Volumen ist, und durch Mittel (64)» die die Druckdifferenzeinrichtung (60) umfassen, und die mit dem Steuerventil (44) in Verbindung stehen und bei einem vorherbestimmten niedrigen absinkenden Druckunterschied zugleich den einen Adsorber durch den anderen Adsorber in der jiingangsgasströmung und in der Gegenströmung ersetzen und den letztgenannten Adsorber entlüften.
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