DE2736394A1

DE2736394A1 - Geraet zum fraktionieren eines gasgemisches

Info

Publication number: DE2736394A1
Application number: DE19772736394
Authority: DE
Inventors: Ronny Dr Eriksson
Original assignee: AGA AB
Current assignee: AGA AB
Priority date: 1976-08-13
Filing date: 1977-08-12
Publication date: 1978-02-16
Also published as: SE409554B; GB1529779A; DE2736394C3; DE2736394B2; SE7609060L; US4169715A

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. H. STROHSCHÄNK

8000 MÖNCHEN 60 ■ MUSAUSSTR ASSE S · TELEFON (OS 9l) 88 1608 97OCOQA

12.8.1977-SLa(5) 19O-1484P

AGA_Aktiebolag_x_S_::181_81_Lidin20_^Schwedenl Gerät zum Fraktionieren eines Gasgemisches

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Fraktionieren eines Gasgemisches aus mindestens zwei Komponenten, das eine Schicht mit einem bei Hochdruckbeaufschlagung zum Absorbieren und bei Druckentlastung zur Wiederfreigabe einer der Gaskomponenten fähigen Desorbens und einen Kolbenverdichter zum abwechselnden Einpressen des Gasgemisches in die Schicht und Wiederentfernen desselben aus der Schicht aufweist.

Bei einem solchen bekannten, in der US-PS 3 280 536 offenbarten ■ Gerät wird die den Desorbens enthaltende Schicht vom überdruck entlastet, sobald der Kolben des Kolbenverdichters seinen inneren Totpunkt erreicht hat, woraufhin eine zuvor in einem an die Schicht in Zuströmungsrichtung des Gasgemisches anschließenden Behälter gesammelte nicht adsorbierte Gaskomponente zur Schicht zurückströmt. Dieses Fraktionierungsgerät weist jedoch eine Reihe von Nachteilen auf, von denen einer darin liegt, daß die Ausbeute an der nicht adsorbierten Gaskomponente, bezogen auf die dem Gerät zugeführte Menge des Gasgemisches unbefriedigend klein ist, und ein weiterer darin, daß an diesem Gerät befindliche Ventile eine unzureichende Haltbarkeit und damit eine viel zu kurze Lebensdauer aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Gerät so zu vervollkommnen, daß eine vollständigere Fraktionierung

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des zugeführten Gasgemisches und nach Möglichkeit zugleich eine bessere Haltbarkelt des Gerätes erzielt wird.

Die gestellte Aufgabe 1st erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hubraum des Kolbenverdichters über eine Rohrleitung mit einem die Schicht enthaltenden Behälter in ständiger Verbindung steht und im Behälter an die Schicht auf deren der Rohrleitung abgelegenen Ende ein Sammelraum und an diesen über ein steuerbares Auslaßventil eine Auslaßleitung für eine nicht adsorbierte Gaskomponente anschließt, und daß im Zylinderkopf des Kolbenverdichters im An-Schlußbereich der Rohrleitung ein erstes steuerbares Auslaßventil für die bei der Druckentlastung der Schicht wieder freigegebene Gaskomponente angeordnet ist.

Mit einem so ausgebildeten Fraktionierungsgerät kann Im Anschluß an die Adsorption der einen Gaskomponente ein wesentlich höherer Anteil der einen oder der anderen Komponente des zugeführten Gases oder des nach der Desorption verbliebenen Restgases erhalten werden,

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an den Hubraum im Bereich des Zylinderkopfes des Kolbenverdichters ein zweites steuerbares Auslaßventil angeschlossen, während in den Hubraum im Bereich der äußeren Totpunktlage des Kolbens eine Einlaßöffnung für das Gasgemisch einmündet.

Nach einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Auslaßventile als über Stößel von einer rotierend antreibbaren Nockenwelle her antreibbare Tellerventile ausgebildet, die sich als außerordentlich robust erwiesen haben und dem Fraktionierungsgerät damit eine gegenüber bisher wesentlich größere Lebensdauer verleihen.

Andere, ebenfalls vorteilhafte konstruktive Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen gekennzeichnet.

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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigen:

Fig. 1 das Gerät in einer schematisch gehaltenen Seitenansicht (teilweise in einem zum Kolbenverdichter axialen Schnitt);

Fig. 2 bis 5 der Fig. 1 ähnliche Darstellungen, die das Gerät bei vier unterschiedlichen Kolbenstellungen veranschaulichen.

Das dargestellte Gerät kann grundsätzlich zum Fraktionieren aller Arten von Gasgemischen verwendet werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedoch angenommen, daß das Gerät zum Gewinnen verhältnismäßig reinen Sauerstoffgases aus dem Gerät zugeführter Luft dienen soll.

Das Gerät weist einen Kolbenverdichter 10 mit einem hin- und hergehend antreibbaren Kolben 11 auf, der gegenüber der Zylinderwandung in üblicher Weise mittels Kolbenringen abgedichtet ist. Der Kolben 11 ist über eine Pleuelstange 12 in üblicher, nicht besonders dargestellter Weise von einer Kurbelwelle 13 her antreibbar, die ihrerseits über ein Getriebe 14 von einem Elektromotor 15 her mit einer zwischen 0,1 und 10 U/min betragenden Drehzahl antreibbar ist. Im übrigen ist die Kurbelwelle 13 in einem aus Fig. 1 ersichtlichen Gestell 16 gelagert.

Die zu fraktionierende Luft gelangt in den Kolbenverdichter durch eine Einlaßleitung 17 und eine Einlaßöffnung 18, die gemäß Fig. 5 bei in seiner äußeren Totpunktlage befindlichem Kolben gerade noch in den Hubraum 10a einmündet. Der Hubraum 10a steht außerdem über eine den Zylinderkopf 30 des Kolbenverdichters durchsetzende Bohrung mit einer Rohrleitung 19 in Verbindung, die in die eine Stirnseite eines zylindrischen Behälters 20 einmündet, von dessen Inhalt angenähert zwei Drittel von einer Schicht 21 eingenommen wird, die ein kristallisiertes, zum selektiven Adsorbieren von Stickstoff fähiges zeolithisches molekulares Sieb bildet. Der restliche Inhalt des Behälters 20 ist leer und bildet

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einen nachstehend noch erläuterten Sanunelraum 22. An die dortige andere Stirnseite des Eehälters 20 schließt eine Leitung 23 mit einem Auslaßventil 24 an, das von einem Druckgeber 27 her in Abhängigkeit von dem in der Leitung 23 befindlichen Druck steuerbar ist. An das Auslaßventil 24 schließt anderseits der Leitung 23 eine Auslaßleitung 25 an, die in eine Sammelleitung 26 für die nicht adsorbierten Komponenten des Gasgemisches einmündet. Dabei ist angenommen, daß in die Sammelleitung 26 außer der Auslaßleitung 25 noch weitere gleichartige Auslaßleitungen einmünden, die von weiteren gleichartigen Fraktionierungsgeräten ausgehen.

Ein erstes Auslaßventil 28 des Kolbenverdichters 10, welches in geöffnetem Zustand den Hubraum 10a mit der äußeren Atmosphäre verbindet, steht einlaßseitig mit der zur Rohrleitung 19 führenden Bohrung des Zylinderkopfes 30 in Verbindung. Es ist als Tellerventil ausgebildet, dessen Schaft 31 den Zylinderkopf 30 nach außen durchsetzt und durch eine einerseits an der Außenseite des Zylinderkopfes 30 und anderseits an einem mit dem Ventilschaft fest verbundenen Ventilteller 32 abgestützte Feder 29 in seine Schließstellung vorgespannt ist.

Mit dem äußeren Ende des Schaftes 31 wirkt ein Nocken 33 einer Nockenwelle 34 zusammen, durch den das Auslaßventil 28 in nachstehend noch erläuterter Weise geöffnet wird, nachdem der Kolben 11 seine innere Totpunktlage erreicht hat, womit die durch die entsprechende Druckentlastung der Schicht 21 wieder freigegebene Gaskomponente durch das Ventil 28 nach außen ins Freie entweichen kann.

Im Bereich des Zylinderkopfes 30 ist an den Kolbenverdichter noch ein zweites Auslaßventil 35 angeschlossen, welches ebenfalls als Tellerventil ausgebildet ist und über seinen Schaft 37 von einem zweiten Nocken 36 der Nockenwelle 34 her aufsteuerbar ist. über das zweite Auslaßventil 35 kann Gas in nachstehend noch erläuterter Weise in eine Abführungsleitung 38 gelangen.

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Die Nockenwelle 34 ist von der Kurbelwelle 13 her über einen Antriebsriemen 39 antreibbar, der antriebsseitig um eine Riemenscheibe 4O und abtriebsseitig um eine Riemenscheibe 41 geführt ist. Auf diese Weise ist eine genaue Synchronisation zwischen den Hüben des Kolbens 11 und der Arbeit der beiden Auslaßventile 25 und 35 erzielt.

Das vorstehend beschriebene Fraktionsgerät arbeitet wie folgt:

Nähert sich der Kolben 11 des Kolbenverdichters 10 aus der in Fig. 2 gestrichelt angedeuteten Lage 42 seiner inneren Totpunktlage, wie es in Fig. 2 ausgezogen dargestellt ist, dann sind die beiden Auslaßventile 28 und 35 geschlossen. Das im Hubraum 10a befindliche Gas wird durch die Rohrleitung 19 in Richtung der dargestellten Pfeile in den Behälter 20 und bis vor das Auslaßventil 24 gepreßt, bis es kurz vor Erreichen der inneren Totpunktlage durch den Kolben 11 einen vorbestimmten Druck, beispielsweise

von 3,O kp/cm erreicht hat und der Stickstoffanteil der im Behälter 20 vorhandenen Luft weitgehend von der Schicht 21 adsorbiert ist. Bei Erreichen des vorgenannten Druckes steuert der Druckgeber 27 das Auslaßventil 24 auf und das weitgehend stickstoffreie, entsprechend sauerstoffreiche Restgas entspannt sich durch die Leitung 23 und die Auslaßleitung 25 zur Sammelleitung 26 hin.

Mit dem auf die innere Totpunktlage folgenden Auswärtshub des Kolbens 11 gemäß Fig. 3 sinkt auch der Druck im Behälter 20 wieder ab, womit ebenfalls das Auslaßventil 24 über den Druckgeber 27 wieder geschlossen wird. Zugleich bewirkt der Nocken 33 der Nockenwelle 34 ein Offnen des ersten Auslaßventils 28, womit sich das im Behälter 20 und der Rohrleitung 19 befindliche Gas durch das Auslaßventil 28 ins Freie entspannen kann. Zugleich entspannt sich aber auch das im Sammelraum 22 und der Leitung 23 befindliche, einen großen Sauerstoffanteil aufweisende Restgas durch die Schicht 21 hindurch, womit diese Schicht gereinigt und von zuvor adsorbiertem Stickstoff befreit wird. Auch dieses Restgas entspannt sich durch die Rohrleitung 19 und das Auslaßventil 28 hindurch ins Freie. 809807/0846

-ft

Sobald der Druck im Behälter 20 auf den atmosphärischen Außendruck abgesunken 1st, wird das Auslaßventil 28 wieder geschlossen, während sich der Kolben 11 gemäß Fig. 4 zugleich nach seiner äußeren Totpunktlage hin bewegt. Dadurch entsteht im Hubraum 10a und damit auch im Behälter 20 ein entsprechender Unterdruck, der weiterhin zur Entfernung restlichen Stickstoffs aus der Schicht 21 beiträgt.

Bei seiner weiteren Auswärtsbewegung gibt der Kolben 11 gemäß Fig. 5 die Einlaßöffnung 18 frei, so daß nunmehr Luft durch die Einlaßleitung 17 beispielsweise von einem (nicht dargestellten) Gebläse her in den Hubraum 1Oa einströmen kann. Zugleich wird über die Nockenwelle 34 und den Nocken 36 das zweite Auslaßventil 35 geöffnet, womit die durch die Einlaßöffnung 18 eingeblasene Luft zugleich das mit Stickstoff aus der Schicht 21 angereicherte Restgasgemisch aus dem Hubraum 10a durch die Abführungsleitung 38 herausbläst. Auf diese Weise befindet sich zu Beginn des nächsten Verdichtungshubes des Kolbens 11 und damit zugleich zu Beginn des nächsten und aller folgenden Arbeitszyklen des Fraktionierungsgerätes im Hubraum 10a nur noch reine Luft.

Dadurch, daß der Kolbenverdichter 10 nicht nur als Verdichter arbeitet, sondern während des Auswärtshubes des Kolbens 11 im Hubraum 10a und dem Behälter 2O mit der Schicht 21 auch einen Unterdruck erzeugt, ergibt sich ein bisher nicht bekannt gewesenes Ausmaß an Entfernung der zuvor in der Schicht 21 adsorbiert gewesenen Gaskomponente aus dieser Schicht. Zugleich ergibt sich daraus, daß die so entgaste Schicht 21 während jedes Verdichtungshubes des Kolbens 11 zu einer gegenüber bisher wesentlich intensiveren Aufnahme von Stickstoff befähigt ist und der Sammelleitung gegenüber bisher auch wesentlich sauerstoffreicheres Gas zugeführt werden kann. Da die beiden Auslaßventile 28 und 35 als federbelastete Tellerventile ausgebildet sind, ergibt sich zugleich deren wesentlich gesteigerte Haltbarkeit und eine entsprechend längere störungsfreie Betriebszeit des Fraktionierungsgerätes.

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Der Antrieb der Nockenwelle 34 könnte statt über den in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Riementrieb auch über einen üblichen Kettentrieb erfolgen.

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Leerse

Claims

1. Gerät zum Fraktionieren eines Gasgemisches aus mindestens zwei Komponenten, das eine Schicht mit einem bei Hochdruckbeaufschlagung zum Absorbieren und bei Druckentlastung zur Wiederfreigabe einer der Gaskomponenten fähigen Desorbens und einen Kolben- verdichter zum abwechselnden Einpressen des Gasgemisches in die Schicht und Wiederentfernen desselben aus der Schicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubraum (1Oa) des Kolbenverdichters (10) über eine Rohrleitung (19) mit einem die Schicht (21) enthaltenden Behälter (20) in ständiger Verbindung steht und im Behälter (20) an die Schicht (21) auf deren der Rohrleitung (19) abgelegenen Ende ein Sammelraum (22) und an diesen über ein steuerbares Auslaßventil (24) eine Auslaßleitung (25) für eine nicht adsorbierte Gaskomponente anschließt, und daß im Zylinderkopf (30) des Kolbenverdichters (10) im Anschlußbereich der RohrIeI-tung (19) ein erstes steuerbares Auslaßventil (28) für die bei der Druckentlastung der Schicht (21) wieder freigegebene Gaskomponente angeordnet ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil (24) vom Druck im Sammelraum (22) her im Sinne einer öffnung bei Überschreitung eines bestimmten Druckes und eines Abschlusses bei Unterschreitung eines bestimmten Druckes im S amme1-raum (22) steuerbar ist.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil (28) in Abhängigkeit vom Kolbenhub des Kolbenverdichters (10) im Sinne einer öffnung und eines Auslasses der bei Druckentlastung aus der Schicht (21) wieder freigegebenen Gaskomponente nach Erreichen der inneren Totpunktstellung des Kolbens (11) des Kolbenverdichters (10) steuerbar ist.

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INSPECTED

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4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Hubraum (10a) im Bereich des Zylinderkopfes (30) des Kolbenverdichters (10) ein zweites steuerbares Auslaßventil (35) angeschlossen ist und in den Hubraum (10a) im Bereich der äußeren Totpunktlage des Kolbens (11) eine Einlaßöffnung (18) für das Gasgemisch einmündet.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Auslaßventile (28 und 35) als über Stößel (31, 37) von einer rotierend antreibbaren Nockenwelle (34) her antreibbare Tellerventile ausgebildet sind.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle (34) von einer den Kolben (11) antreibenden Kurbelwelle (13) her antreibbar ist.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (13) mit einer Drehzahl zwischen 0,1 und 10 U/min antreibbar ist.

8. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil (24) von einem auf den Druck im Behälter (20) ansprechenden Druckgeber (27) her steuerbar ist.

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