DE2906386A1

DE2906386A1 - Verfahren und vorrichtung zum fraktionieren von gasgemischen

Info

Publication number: DE2906386A1
Application number: DE19792906386
Authority: DE
Inventors: Paul M Mckey; Leslie W Sandman
Original assignee: Pall Corp
Current assignee: Pall Corp
Priority date: 1978-11-06
Filing date: 1979-02-20
Publication date: 1980-05-14
Also published as: IT7947663A0; NL7901376A; GB2035124B; FR2440768A2; SE7900283L; JPS5564822A; GB2035124A; FR2440768B2

Description

PATENTANWÄLTE fs q r\ a O O β

Dipl.-lng. P. WJRTH · Dr. V. SCHMIED-KOWARZIK

Dlpl.-lng. G. DANNENBERG · Dr. P. WEJNJHOLD ■ Dr. D. GUDEL DipJ.-ing. S. SCHUBtHI

28Π34 GH. ESCHENHEIMER STR. 38

TELEFON: toeIO _{2£) ?0 M} _e0Q0 pHANKFURTAM MAIN

Case: 222-033 CIP 16. Februar 1979

West-Germany

PALL CORPORATION

Glen Cove, New York USA

Verfahren und Vorrichtung zum Fraktionieren von Gasgemischen

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Fraktionieren von Gasgemischen.

Adsorptions-Gas-Fraktioniergeräte sind seit vielen Jahren erhältlich und in Gebrauch. Üblicherweise bestehen die Geräte aus zwei Adsorptionsbetten, von denen eines regeneriert wird, während das andere sich im Adsorptionszyklus befindet= Das zu fraktionierende Gas wird durch ein Adsorptionsbett in einer Richtung des Adsorptionszyklus geleitet und anschließend nach einer vorbestimmten Zeit, wenn erwartet wirdρ daß das Adsorbens so viel Gas adsorbiert hat, daß die Gefahr besteht, daß die notwendige niedrige Konzentration dieses Gases im Ausfluß nicht mehr besteht, dann wird das zuströmende Gas auf das andere Adsorptionsbett geschaltet und das verbrauchte Adsorptionsbett wird dadurch regeneriertj, daß ein Reinigungsgas hindurchgeleitet wird oder das Bett wird geheizt und/oder evakuiert. Verwendet man ein Reinigungsgas, so wird dies üblicherweise im Gegenstrom und bei verringertem Druck durchgeleitet.

Die heute üblichen Adsorptions-Gas-Fraktioniergeräte können in zwei Klassen eingeteilt werden, nämlich einen unter Hitze wieder aktivierbaren Typ_f bei dem Hitze angewendet wird, um das verbrauchte Adsorbens anschließend an den Adsorptionszyklus zu regenerieren, und einen nichtbeheizten Typ, bei dem Hitze nicht zugeführt wird_f um das verbrauchte Adsorbens im Anschluß an den Adsorptionszyklus zu regenerieren_s wobei statt dessen ein Reinigungsgas durch das verbrauchte Bett bei einem geringeren Druck hindurchgeleitet wirdj und zwar in einer schnellen Folge, um die Wärme der Adsorption zu bewahren, wodurch die Regenerierung des verbrauchten Bettes unterstützt wird. Als Reinigungsgas wird dabei üblicherv/eise ausströmendes Gas aus dem Bett des Ad-

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sorptionszyklus verwendet. Die Verwendung eines Reinigungsgases zum Regenerieren bei einem geringeren Druck als der Leitungsdruck des getrockneten Gases ist aber nicht auf den nichtbeheizten Typ beschränkt. Vielmehr wird dieses Gas auch bei mit Wärme reaktivierten Fraktioniergeräten mit Adsorptionsbetten eingesetzt.

Beide Typen von diesen Fraktioniergeräten oder Fraktionieranlagen werden normalerweise mit Adsorptions- und Regenerationszyklen betrieben, denen eine feste Zeit zugrunde liegt. Beide Zeiten sind üblicherweise gleich lang. Die Längen der Zyklen werden dabei entsprechend dem verfügbaren Volumen des Adsorbens und dem Inhalt des durch Adsorption vom einströmenden Gasgemisch zu entfernenden Gases festgelegt. Die Zykluszeit ist unveränderbar festgelegt und steht nicht in einem Verhältnis zu dem Volumen des einströmenden Gases, welches durch das Bett geleitet wird, um sicherzustellen, daß der Inhalt des ausströmenden Gases stets die Systemparameter erfüllt.

Bei fortschreitendem Adsorptionszyklus und anwachsendem Gesamtvolumen des durch das Bett geleiteten Gases wird das Adsorptionsbett nach und nach immer stärker gesättigt, und zwar vom Einlaßende zum Auslaßende. Es ist daher immer weniger dazu in der Lage, das erste Gas zu adsorbieren, welches durch das Bett durch das zuströmende Gas transportiert wird. Das Abziehen des ersten Gases vom zuströmenden Gas hängt von der Strömungsrate und dem gesamten Volumen des Gases, welches durch das Bett strömt, ab und von der Rate der Gasadsorption und dem gesamten adsorbierten Gasinhalt des Adsorbens ab, wie auch von der Temperatur und dem Druck des Gases innerhalb des Bettes. Die Rate der

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Adsorption durch das Adsorbens kann abfallen, wenn das Adsorbens beladen wird.

Weil das Verhältnis Folumen zur Strömungsrate einer zuströmenden Gasmisehung selten konstant ist, können sich die Anforderungen an das Adsorptionsbett ändern« Folglich muß ein Adsorptionszyklus mit festgesetzter Zeit immer kurz genug sein, um eine Sicherheit für das Abziehen des Gases bei einem maximalen Gehalt an erstem Gas im zuströmenden Gas zu geben» Dies bedeutet, daß ein festgesetzter Zeitzyklus häufig sehr kurz sein muß, um sicherzustellen, daß der Zyklus endet, bevor die verbleibende, verfügbare Kapazität des Bettes für das erste Gas zu niedrig wird. Dies bedeutet ebenfalls, daß bei einem mittleren Zyklus die Kapazität des Adsorbensbettes nicht gut genutzt wird.

Die Lebensdauer eines Adsorptionsbettes, welches beheizt ist_f um es zu regenerieren, hängt beträchtlich von der Regeneratxonsfrequenz ab. Als Daumenregel kann gesagt werden, daß ein Adsorptionsbett eine bestimmte Anzahl von mahlen regeneriert werden kann, aber nicht mehr. Die effektive Lebensdauer eines Bettes kann dann unnötig gekürzt werden» wenn immer bei jedem Adsorptionszyklus vor der Regenerierung die Kapazität für das erste, abzuziehende Gas ₃ nicht wirksam ausgenützt wird. Weiterhin bedeutet die Unmöglichkeit, die volle Ausnutzung der effektiven Bettkapazität bei jedem Adsorptionszyklus ausnutzen zu können, sowohl im Fall des hitzeaktivierten wie auch des nichtbeheizten Fraktioniergerätes, daß das Volumen des Adsorptionsbettes größer sein muß als dies notwendig "ist, nämlich um eine Reservekapazität zu schaffen_f die notwendig ist, um extreme _a gelegentlich auftretende hohe Voluminar des zu-

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strömenden Gases während der festen Zeitdauer des Adsorptionszyklus zu adsorbieren.

Eine nichtwirksame Nutzung der Adsorptionskapazität bewirkt weiterhin einen beträchtlichen Verbrauch an Reinigungsgas bei jedem Zyklus. Das Reinigungsgas wird üblicherweise vom ausströmenden Gas zum Zwecke der Regenerierung eines verbrauchten Bettes abgeleitet und verringert daher entsprechend die Ausbeute an ausströmendem Gas. Jedesmal, wenn ein Bett vom Adsorptionszyklus zum Regenerationszyklus umgeschaltet wird, wird ein Volumen an Reinigungsgas gleich dem offenen Volumen des Gefäßes mit dem Adsorptionsbett abgelassen und geht daher verloren. Kurze Zyklen bedeuten höhere Verluste an Reinigungsgas als lange Zyklen.

Diese Verluste sind insbesondere dann bedeutend, wenn nichtbeheizte Fraktioniergeräte eingesetzt werden, die häufigere Zyklen benötigen. Die Wahl zwischen beheizten und nichtbeheizten Fraktioniergeräten ist daher häufig von der Frequenz des Zyklus bestimmt.

Die US-PS 2 944 627 (Skarstrom) beschreibt einen Typ eines nichtbeheizten Trockners, welches eine Verbesserung desjenigen Gerätetyps ist, der vorher von Wynkoop in der US-PS 2 800 197 und in den GB-PSen 633 137 und 637 150 beschrieben wurde. Skarstrom zeigt, daß durch sehr schnelle Zyklen zwischen Adsorbieren und Desorbieren in den jeweiligen Zonen der Desorptionszyklus die Wärme der Adsorption zum Regenerieren des verbrauchten Trocknungsmittels wirksam ausnützt. Skarstrom schlägt daher vor, für den Adsorptionszyklus nicht mehr als zwei oder drei Minuten einzusetzen, vorzugsweise weniger als eine Minute. Insbesondere werden Zeiten von

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weniger als 20 Sekunden bevorzugt. Derartige Zykluszeiten sind natürlich kürzer als die von Wynkoop vorgeschlagenen Zeiten,, die in der Größenordnung von 30 Minuten oder auch höher liegen, wie sich dort aus Fig«, 2 ergibt. Die GB-PS 633 137 schlägt Zykluszeiten von 5 Minuten bis 30 Minuten vor» Die GB-PS 677 150 lehrt, daß die Adsorptions- und Desorptionszyklen nicht notwendigerweise gleich sein müssen.

Der Vorschlag von Skarstrom leidet jedoch daran, daß ein ganz beträchtliches Volumen von Reinigungsgas bei jedem Zyklus verloren geht«, Dieser Verlust ist viel größer bei einer Zykluszeit von beispielsweise 10 Sekunden^ verglichen mit den Zykluszeiten der beiden britischen Patentschriften von etwa 5 bis 30 Minuten bzw.- 30 Minuten oder länger. Bei den kurzen Zyklen nach Skarstrom wird die Kapazität des Trockixungsmittels naturgemäß nur wenig ausgenutzt«, Wird keine Wärme zugeführt„ um das Trocknungsmittel zu regenerieren g so wird es wichtiger₉ die feuchtigkeit des Adsorbens nicht über ein geifisses Minimum beim Adsorptionszyklus zu führen., Andernfalls ist es uniBöglich₉ das Adsorbens beim Regenerationszyklus wirksam zu regenerieren.

Adsorptions-Fraktioniergerate sind mit Feuchtigkeitsfühlern in der Auslaßleitung versehen worden^ um die Taupunkte im Auslaßgas zu messen. Wegen ihrer niedrigen Ansprechgeschwindigkeit \mA relativen Intensität bei niedrigen Taupunkten sind diese Geräte aber nicht zur Bestimmung der zyklischen Schaltung eines Trockners eingesetzt \forden und sind dafür auch nicht geeignet₉ wenn ein Auslaßgas mit niedrigem Taupunkt OdQT relativer Feuchtigkeit gewünscht ist_f weil dann, wem. der Fühler die Feuchtigkeit im ausströmenden Gas gemessen hats die Front durch das Bett hindurchgebrochen ist.

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In der US-PS 3 448 561 von Seibert land Verrando wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen von Gasen beschrieben, wodurch die Feuchtigkeitskapazität eines Trocknungsmittelbetts dadurch wirksam genutzt werden kann, daß das Bett nur dann regeneriert wird, wenn die Feuchtigkeitsbelastung des Bettes dies notwendig macht. Im Betrieb wird dadurch ein optimaler Wirkungsgrad erreicht. Bei Jedem Adsorptionszyklus kann das Adsorbens bis zur Grenz-Feuchtigkeitskapazität gebracht werden, bei der die Regenerierung unter den erhältlichen Regenerierungsbedingungen durchgeführt werden kann, und zwar mit oder ohne Anwendung von Wärme und mit oder ohne Anwendung eines verringerten Drucks. Seibert und Verrando ermöglichen dies durch Messung des Vordringens der Feuchtigkeitsfront innerhalb des Bettes, wofür der Feuchtigkeitsgehalt des getrockneten Gases ein Maß ist, d.h. der Feuchtigkeitsgehalt des ausströmenden Gases. Der Trocknungszyklus wird immer dann angehalten, wenn die Front einen vorbestimmten Punkt im Bett erreicht hat, und zwar kurz vor dem Ausbruch aus dem Bett. Im Trocknungsmittelbett werden hierzu Fühler zum Messen des Feuchtigkeitsgehaltes des getrockneten Gases angeordnet und weitere Schaltmittel, die auf den Feuchtigkeitsgehalt ansprechen und den TrocknungsZyklus anhalten, wenn immer ein vorbestimmter Trocknungsgehalt im getrockneten Gas an diesem Punkt erreicht ist.

Dieses System ist bei Gastrocknern wirksam, aber nicht bei Adsorptions-Gas-Fraktioniergeräten, wo andere Gase entfernt werden, deren Anwesenheit durch selbsttätige Fühler nur schwer nachzuweisen ist. Weiterhin verlangt das System eine genaue Messung und wenn der Fühler aus irgend einem

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Grunde nicht anspricht, so kann die zulässige maximale Konzentration des mit dem ausströmenden Gas abgezogenen Gases überschritten werden» Weiterhin verlangt dieses System eine äußere Spannungsquelle für die Fühler. Falls die Spannungsquelle versagt, arbeitet das System nicht mehr, obgleich der Adsorptionsdruck noch weiterhin arbeiten kann. Es gibt viele Bedingungen, bei denen die Reinheit des ausströmenden Gases beibehalten werden muß, unabhängig von Nothalt-Bedingungen, die ihren Niederschlag in der Stromversorgung finden»

Ähnlich wie die am 14. Juli 1978 eingereichte Europäische Patentanmeldung Nr. 78 100 397«5, offengelegt am 7. Februar 1979"f'i.fird erfindungsgemäß ein Yerfahren und eine Vorrichtung zum Fraktionieren von Gasgemischen vorgeschlagen, die eine wirksame zeitliche Steuerung des Adsorptionszyklus eines Adsorbensbettes entsprechend der Einfüllrate durch eine Öffnung eines Raumes mit vorbestimmten Yolumen mit ausströmenden Gas ermöglichen, welches das Bett durchströmt hat. Hierzu wird vom ausströmenden Gas ein Teil des ausströmenden Gases abgezogen. Dieses abgezogene ausströmende Gas wird in den Raum eingeleitet und dort angesammelt. Es wird das ¥oluiien oder der Druck des gesammelten Gases gemessen® 1st ein vorbestimmtes Yolumen des Gases angesammelt, so wird der Adsorptionszyklus beendet und die Regenerierung kann "beginnen. Die zeitliche Steuerung des Adsorptionszyklus kann daher von der Verwendung des Bettes abhängig gemacht werden und unabhängig von jeder äußeren Spannungs- oder Energi equelle.

Durcli das erfindungsgeinäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es möglich,, als gesammeltes Gas zuströmendes Systemgas bei einem beliebigen Verfahrensschritt *) unter der Nr. 0 000 521 A1

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vor der Adsorption des Systems zu verwenden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein wirksames Verfahren zum Fraktionieren von Gasgemischen mit wirksamer zeitlicher Steuerung des Adsorptionszyklus vorzuschlagen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Gas aus einer Mischung des Gases mit einem zweiten Gas adsorbiert wird, um die Konzentration des ersten Gases in der Mischung unter eine gewünschte maximale Konzentration herabzudrücken, daß ein Teil der einströmenden gasförmigen Mischung des Systems vor der Adsorption abgezogen wird, der hierbei allgemein als einströmendes Gas bezeichnet wird, daß das einströmende Gas durch eine öffnung in einen Raum mit vorbestimmten Volumen geleitet wird, daß das abgezogene einströmende Gas in dem Raum gesammelt wird und daß der Adsorptionszyklus unterbrochen wird, wenn das Volumen oder der Druck des gesammelten einströmenden Gases ein vorbestimmtes Minimum erreicht oder überschreitet.

Das Volumen des einströmenden Gases, welches durch das Adsorptionsbett gegangen ist und welches angesammelt wurde, kann direkt als Volumen oder indirekt als Druck gemessen werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des neuartigen Verfahrens und der neuartigen Vorrichtung wird ein Teil des einströmenden Gases abgezogen und in einem Gassammler gesammelt, mit dem ein Druckfühler verbunden ist, der ein Signal abgibt, wenn ein vorbestimmter Mindestdruck erreicht

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ist. Das Signal kann mechanisch oder pneumatisch einen Schalter betätigen, der selbsttätig das Adsorptionsbett von der Adsorption auf die Regeneration umstellt, wodurch der anfängliche Adsorptionsteil des Adsorptionszyklus beendet wird_f während das im Gassammler gesammelte Gas abgelassen wird* Wenn es ein zweites Adsorptionsbett gibt, so kann das regenerierte Adsorptionsbett gleichzeitig eingeschaltet werden«, Ein ähnliches Volumen an einströmendem Gas wird dann in demselben Anteil vom zweiten Adsorptionsbett abgezogen,, während das erste Adsorptionsbett regeneriert wird, und zwar während der zweiten Hälfte des Adsorptionszyklus «

Bei einer anderen Ausführungsform wird das Volumen des einströmenden Gases in einem ausdehnbaren Vorratsgefäß gesammelt, beispielsweise in einem Faltenbalg oder einem Ballon, dessen Volumen bei dem vorbestimmten Grenzvolumen derart ist_s daß das expandierte Vorratsgefäß ein pneumatisches oder mechanisches Signal dann abgibt. Das Vorratsgefäß kann beispielsweise beim bestimmten Volumen eine Klinke lösen* die einen vorgespannten Schalter freigibt. Dadurch wird ein Schalter betätigt, der die Adsorption beendet«

Auf Drücke und Voluminar ansprechende Schalter sind bekannte Ein von einem Druck oder einem Volumen betätigter Federschalter wird bevorzugt, weil dadurch ein unmittelbarer Schaltvorgang eingeleitet wird, wenn"der vorbestimmte Mindestdruck oder das Volumen erreicht ist. Der Schalter ist vorzugsweise nicht elektrisch betätigt, damit die Zyklussteuerung unabhängig von einer äußeren Stromversorgung ist. Vorzugstfeise wird der Schalter pneumatisch oder mechanisch

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betätigt, und zwar allein durch den Gasdruck oder das Volumen im Sammler.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird somit die Konzentration eines ersten Gases in einer Mischung des Gases mit einem zweiten Gas unterhalb einer begrenzenden maximalen Konzentration des Gases im zweiten Gas dadurch reduziert, daß die Mischung in Kontakt mit einem Adsorptionsbett von einem Ende zum anderen des Bettes gebracht wird, welches Bett ein Adsorbens enthält, welches eine vorzugsweise Affinität zum ersten Gas hat. Das erste Gas wird dort adsorbiert und bildet ein ausströmendes Gas, dessen Konzentration bezüglich dieses Gases unterhalb des Maximum liegt. Es wird ein Teil des einströmenden Gases abgetrennt und in einem Gassammler gesammelt. Das Leiten der gasförmigen Mischung in Kontakt mit dem Bett wird unterbrochen, wenn immer das Volumen oder der Druck an einströmendem Gas im Sammler ein vorbestimmtes Minimum erreicht.

Das neuartige Verfahren und die neuartige Vorrichtung finden ihre Anwendung auf Gas-Fraktioniergeräte oder -anlagen, wobei das Adsorptionsbett geheizt wird, um die Regenerierung durchzuführen. Es findet auch auf solche Geräte oder Anlagen Anwendung, bei denen keine Wärme zugeführt wird, um die Regenerierung durchzuführen. Ferner findet die Erfindung Anwendung auf Systeme, wobei die Regenerierung bei einem verringerten Druck durchgeführt wird, bei Systemen, die ein Reinigungsgas benutzen und bei Systemen, die ein oder mehrere dieser Merkmale kombinieren.

Weil der RegenerationsZyklus in seiner Dauer nicht gleich der Dauer des Adsorptionszyklus sein muß und in den meisten Fällen auch nicht ist, besteht ein weiteres Merkmal der

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Erfindung darin, daß das regenerierte Bett abgeschaltet ■werden kann und das Heizen, Reinigen, Evakuieren oder sonstiges Regenerieren kann unterbrochen werden, wenn die Regeneration vollständig ist. Die verbleibende Zykluszeit kann beispielsweise verwendet werden, um das regenerierte Bett abzukühlen, so daß es eine geeignete und wirkungsvolle Temperatur zum Adsorbieren annimmt, wenn diesem Bett wieder neues Gas zuströmt.

Die Trocknungsvorrichtung nach der Erfindung umfaßt als wesentliche Bauelemente ein Adsorptionsbett, welches periodisch und vorzugsweise im Gegenstrom regeneriert werden kann, einen Gassammler zum Sammeln eines Teiles des Systemgases , welches dem Bett zuströmt oder von ihm abströmt, eine Einström-Leitung mit einer Öffnung, die das Adsorptionsbett mit dem Gassammler verbindet, wobei die öffnung den Strom des dem Gassammler zuströmenden Gases auf eine ausgesuchte Strömungsrate reduziert, und Fühler in Verbindung mit dem Gassammler, die auf ein vorbestimmtes Mindest-Gasvoltsmen oder einen Druck im Gassammler ansprechen und den Adsorptionszyklus beenden, und zwar nach einer Zeitspanne entsprechend der Rate des durch die Öffnung einströmenden Gases.

Vorzugsweise enthält die Vorrichtung Mittel zum Heizen während des Regenerierens des Adsorptionsbettes.

Die Vorrichtung kann ein einziges Adsorptionsbett aufweisen. Bevorzugt wird jedoch die Verwendung eines paares von Adsorptionsbetten, die in geeigneten Gefäßen untergebracht sind, die derart in den Strom eingeschaltet werden können, daß das zu fraktionierende einströmende Gas aufgenommen wird und das fraktionierte Gas abgegeben wird. Es ist dabei

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eine Zuströmleitung für das einströmende Gas in jedem Fall vorgesehen, die mit dem Gassaramler in Verbindung steht.

Die neuartige Vorrichtung kann auch eine zweite Öffnung und/oder ein Drosselventil zum Reduzieren des Drucks beim Regenerieren aufweisen, ferner Mehrwegeventile für die zyklische Einschaltung des einströmenden Gases zwischen die Adsorptionsbetten und für die Aufnahme des ausströmenden Gases von dort, und zwar zusammen mit Absperrventilen, die einen Teil des ausströmenden Gases als Reinigungsgas im Gegenstrom durch das regenerierte Bett leiten.

Die Zeit, die für das im Gassammler befindliche Gas notwendig ist, um ein vorbestimmtes Niveau zu erreichen, ist direkt mit der Adsorptionskapazität für das erste Gas und mit dem Volumen des durch das Bett geleiteten Gases verknüpft. Eine Zykluszeit,basierend auf den ungünstigsten Einlaßbedingungen, wird dadurch eingestellt, daß die Größe der Öffnung eingestellt wird, die zum Gassammler führt.

Die öffnung kann feste Abmessungen haben. Dies wird für den Betrieb unter unveränderlichen Betriebsbedingungen bevorzugt. Wenn dann die Zykluszeit eingestellt werden soll, so kann die öffnung durch eine andere Öffnung mit der dann erwünschten Größe ersetzt werden. Die Öffnung kann auch durch eine Nadel oder durch ein Drosselventil eingestellt werden, und zwar wenn unterschiedliche Betriebsbedingungen angetroffen werden, die beispielsweise täglich oder saisonartig schwanken, oder auch wenn unterschiedliche Belastungen des Systems oder unterschiedliche zu adsorbierende Gasmischungen erwartet werden.

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Der Raum für die Gassammlung Ist normalerweise aus praktischen Gründen begrenzt. Bei kurzen Zykluszeiten bis zu einigen Minuten oder bei kleinen Gasströmraten wird kein sehr großes Volumen benötigt. Es gibt jedoch auch Adsorptionssyateme mit sehr langen Zykluszeiten,, wodurch der für den Gassammler benötigte Raum sehr groß würde. In diesen Fällen kann der Gassammler mit einem Zähler kombiniert werden, so daß, wenn der Raum mit einem vorbestimmten Druck angefüllt ist, das Volumen automatisch abgelassen wird. Der Zähler zählt dann die Anzahl der abgelassenen Volumlnar. Die Zykluszelt wird dann so eingestellt, daß der Zyklus beendet wird_f wenn eine vorbestimmte Anzahl von Ablaßvorgängen erfolgt und gemessen Ist» Es gibt pneumatische Zähler, die unabhängig von äußeren Energiequellen arbeiten. Solche Zähler werden bevorzugt»

Die Erfindung wird Im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, aus denen sich weitere wichtige Merkmale ergeben» Es zeigtι

Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform mit einem unbeheizten Gas-Fraktionlergerät mit zwei Betten nach der Erfindung zum Sammeln von einströmendem Gas» wobei das Gerät am Anfang des Adsorptionszyklus gezeigt ist. Die linke Kammer Ist für die Adsorption eingeschaltet und die rechte Kammer wird regeneriert;

Fig_o 2 schematisch ein Gas-Fraktioniergerät nach der Erfindung, welches ebenfalls zwei Betten hat und mit Hilfe von Wärme reaktiviert wird. Bei diesem Gerät soll einströmendes Gas gesammelt werden. Das Gerät ist am Anfang des Adsorptionszyklus

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gezeigt, wobei die linke Kammer für die Adsorption eingeschaltet ist und die rechte Kammer regeneriert wird.

Ein in Fig. 1 gezeigtes Fraktioniergerät besteht aus einem paar Adsorptionsgefäßen 1, 2, die vertikal angeordnet sind. Jedes Gefäß enthält ein Adsorptionsbett 4, beispielsweise aus Kieselgel. Die Gefäße 1, 2 haben weiterhin Öffnungen 3, 5 zum Abziehen bzw. Einfüllen des Adsorbens in die Gefäße.

Am Boden jedes Gefäßes ist eine Stütze 7 aus perforiertem, rostfreiem Stahlblech vorgesehen, die das Bett 4 in den Gefäßen hält.

An der Oberseite und an der Unterseite jedes Gefäßes am Auslaß der Gefäße ist jeweils ein Filter 6 angeordnet, der ausgewechselt werden kann und aus gesintertem, rostfreiem Stahlgewebe oder perforiertem, rostfreiem Stahlblech besteht. Dadurch werden die Adsorbens-Teilchen zurückgehalten, die sonst aus dem Bett 4 herausgetragen würden, so daß die Auslaßleitungen und der restliche Teil des Systems durch die Teilchen nicht verunreinigt werden.

Ein Leitungssystem ist vorgesehen, welches die beiden Gefäße miteinander verbindet, so daß einströmendes Gas eingeleitet werden kann, welches ein erstes Gas enthält, welches entfernt werden soll. Außerdem wird durch das Leitungssystem ausströmendes Gas abgegeben, welches dieses Gas nicht mehr enthält, und zwar nachdem das Gas durch das Adsorbensbett in einem der beiden Gefäße hindurchgeströmt ist. Das Leitungssystem enthält fernerhin die notwendigen Ventile für die Leitungsschaltungen.

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Dieses Leitungssystem schließt eine Einlaßleitung 10 ein. Gas von der Einlaßleitung 10 kann über eine Leitung 13 und ein Ventil 14 dem Gefäß 1 zuströmen oder über eine Leitung 11 und ein Ventil 12 zum Gefäß 2. Vom Gefäß 1 strömt das ausströmende Gas durch eine Leitung 15 über ein Absperrventil 16 zu einer Auslaßleitung 17. Vom Gefäß 2 strömt das ausströmende Gas durch eine Leitung 18 und ein Absperrventil 19 zu der Auslaßleitung 17. Die Absperrventile 16, 19 verhindern, daß das ausströmende Gas in das jeweils andere Gefäß eindringt, welches regeneriert wird, während das erste Gefäß auf Adsorption geschaltet ist.

Ein Teil des ausströmenden Gases wird für die Regenerierung verwendet. Zu diesem Zweck ist eine Leitung 20 vorgesehen, die zu einem Ventil 21 und einer Öffnung 22 führt, von wo das ausströmende Gas zum Gefäß 1 über eine Leitung 24 und ein Absperrventil 23 strömen kann, oder zum Tank 2 über Leitungen 24_f 18 und ein Absperrventil 25. Das Ventil 21 dient als Dimckreduzierventil zur Steuerung des Stromes. Die Absperrventile 23, 25 verhindern, daß das ausströmende Gas, welches einen höheren Druck hat, in das andere Gefäß, welches auf Regenerierung geschaltet ist, strömt, während das eine Gefäß auf Adsorption geschaltet ist. Das Reinigungsgas ist nach dem Durchströmen des Gefäßes regeneriert und wird über eine Auslaßleitung 26 abgelassen, wobei es aus dem Gefäß 1 durch die Leitungen 13, 27 und ein Zwei-Wege-Ventil 28 strömt oder aus dem Gefäß 2 durch die Leitungen 11, 29 und ein Zwei-Wege-Ventil 30.

Ein Teil des einströmenden Gases wird erfindungsgemäß über eine Leitung 31 abgezogen und durch ein Filter 32 sowie einen Druckregler 33 geführt und von dort über eine

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Leitung 34 und eine Öffnung, die die Förderrate des Gases steuert, in einen Gassammler, und zwar um die Dauer des Adsorptionszyklus zu steuern. Die Leitung 34 führt zu Gassammlern 35 oder 36, und zwar je nach der Lage des Vier-Wege-Ventils 38, In einer Position des Ventils wird die Leitung 37 mit dem Gassammler 35 an der anderen Seite der Öffnung 9 verbunden, die in diesem Fall ein justierbares Entlüftungsventil ist, und in der anderen Lage des Ventils über eine Leitung 39 zu einem Gassammler 36 an der anderen Seite der Öffnung 8, die hier ebenfalls ein justierbares Entlüftungsventil ist.

Das Vier-Wege-Ventil 38 wird über Federschalter 42, 41 betätigt, die ihrerseits betätigt werden, wenn ein vorbestimmter Mindest-Gasdruck in den Gassammlern 35 bzw. 36 erreicht ist, so daß die Federschalter 42, 41 jeweils betätigt werden.

Absperrventile 43, 44 bewirken eine schnelle Entleerung der Gassammler 35» 36 in die Leitungen 37, 39, wenn das Ventil 38 sich verschiebt.

Am Anfang eines Adsorptionszyklus, bei dem das Gefäß 1 eingeschaltet sein soll, befinden sich die Ventile 38 und 45 in der in Fig. 1 gezeigten Lage. Das Ventil 38 richtet den Gasstrom von der Leitung 34 zur Leitung 39 und von dort durch die Öffnung 8 zum Gassammler 36. Ein Teil des ausströmenden Gases wird dadurch im Volumen des Gassammlers 36 gesammelt.

Das Ventil 45 richtet den Strom von der Leitung 39 über die Leitung 46 zu den Betätigungselementen 47, 48 und einem

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Betätigungselement 79» welches das Ventil 30 geöffnet hält und die Ventile 45 und 49 in der in Fig. 1 gezeigten Lage. Der Strom geht durch das Ventil 49 zur Leitung 50 und von dort zu den Leitungen 51 und 52 und zu Betätigungselementen 53 und 54, so daß das Gefäß 1 dadurch in den Adsorptionszyklus eingeschaltet ist, daß es einströmendes Gas von der Leitung 10 erhält. Das Gefäß 2 ist auf Regenerierung geschaltet, wobei das Ventil 30 offen ist. Die Leitungen 55 und 56 sind nicht mit der Leitung 39 verbunden und stehen somit nicht unter Druck, so daß das Ventil 28 geschlossen ist und das Ventil 14 offen ist.

Der Federschalter 41 ist mit dem Ventil 38 verbunden. Wenn der Gassammler 36 einen vorbestimmten Mindestdruck erreicht hatj so wird der Einschaltdruck erreicht, bei dem der Federschalter 41 betätigt wird. Dadurch wird das Ventil 38 verschoben, so daß das Gas jetzt durch die Leitung 37 und die Öffnung 9 strömt und damit beginnt, den Gassammler 35 zu laden. Gleichzeitig schaltet der Druck in der Leitung 37 ein Betätigungselement 57 ein und öffnet ein Ventil 58.

Eine Leitung 59 erstreckt sich von der Leitung 34, wie in Fig. 1 gezeigt, und führt durch das Ventil 49 zur Leitung 50 und über die Leitung 52 zum Betätigungselement 53. Fällt der Druck in einer Leitung 60 über die Leitung 37 ab, so verschiebt sich das Ventil 45» so daß auch die Leitung 46 drucklos wird und das Ventil 30 schließt., Das Gefäß 2_t welches in diesem Teil des Zyklus regeneriert wurde, wird jetzt auf den nächsten Teil des Zyklus geschaltet und gelangt über das Ventil 58 unter Druck. In beiden Gefäßen 1 und 2 herrscht jetzt der Systemdruck, wobei das Gefäß 1 immer noch in den Strömungsweg eingeschaltet ist_o Dieser

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nächste Tell des Zyklus hält an, bis der Druck im Gassammler 35 den vorbestimmten Mindest-Betätigungsdruck des Federschalters 42 erreicht, worauf das Ventil 38 wiederum verschoben wird und dadurch den Gasstrom Jetzt durch die Leitung 39 richtet. Es beginnt jetzt der dritte Teil des Zyklus.

Fig. 1c der bereits erwähnten Europäischen Patentanmeldung 78 100 397.5 zeigt, daß die Verbindung der Leitungen 34 und 39 über das Ventil 38 Jetzt die Leitung 39 mit dem Ventil 45 an Druck legt, (die Systeme der Fig. 1 und 1c der vorliegenden Erfindung und der erwähnten Europäischen und bereits offengelegten Patentanmeldung sind diesbezüglich einander gleich.) Weil das Ventil 45 sich verschoben hat, so daß Jetzt die Leitungen 65 und 39 miteinander verbunden sind, richtet das Ventil 45 den Strom von der Leitung 39 über die Leitung 56 zu Betätigungselementen 84, 62 und 77» wobei das Ventil 28 offengehalten wird und die Ventile 45 und 49 sich in den Lagen befinden, die in Fig. 1c gezeigt sind. Der Strom wird Jetzt durch das Ventil 49 zur Leitung 57 und von der Leitung 57 zu den Leitungen 55 und 63 zu Betätigungselementen 86 und 85 gerichtet, so daß das Gefäß 2 sich Jetzt im Adsorptionszyklus befindet, wobei es einströmendes Gas von der Leitung 10 erhält. Das Gefäß 1 ist Jetzt in den Regenerationszyklus eingeschaltet, wobei das Ventil 28 offen ist. Die Leitungen 46 und 50 sind nicht mit der Leitung 39 verbunden und stehen daher nicht unter Druck. Das Ventil 29 ist daher geschlossen und das Ventil 12 ist offen.

Wenn der Gassammler 36 einen vorbestimmten Mindestdruck erreicht hat, so ist das Ventil 1 regeneriert, so daß der Federschalter 41 das Ventil 38 verschiebt, wodurch der

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letzte Teil des Zyklus eingeleitet wird„ wie dies in Fig. 1d der erwähnten Europäischen Patentanmeldung gezeigt ist (auch diesbezüglich sind die Systeme der Fig. 1 der vorliegenden Erfindung und der FIg₃ Id der erwähnten Europäischen Patentanmeldung einander gleich). Bei diesem letzten Teil des Zyklus wird das Gefäß 1 wieder unter Druck gesetzt. Beim Verschieben des Ventils 38 wird dieser Zyklus beendet, wenn der Gassammler 35 den vorbestimmten Druck erreicht, bei dem der Federschalter betätigt wird. Es beginnt jetzt der nächste Zyklus.

Der Trockner nach Fig. 2 ist so ausgelegt» daß ein verbrauchtes Troeknungsmittelbett von einem beheizten* ausströmenden Reinigungsgas regeneriert wird. Hierzu ist ein nichtgezeigter Dampfgenerator vorgesehen, der über eine Leitung 101 mit einer Heizspule 102 in einem Gefäß 103 verbunden ist. Von dort ist die Verbindung über eine Leitung 104 zu einer Heizspule 105 in einem Gefäß 106 -weitergeführt und von dort über eine Leitung 107 oder über eine Leitung 108 zu einer Dampffalle 109 bzw. 110.

Der Trockner besteht aus den beiden Adsorptionsgefäßen 103, 106, die vertikal angeordnet sind. Jedes Gefäß enthält ein Adsorbensbett 111, beispielsweise aus Silikagel. In den Gefäßen sind fernerhin Öffnungen 112 und 113 zum Abziehen oder Einfüllen des Adsorbens vorgesehen. Am Boden jedes Gefäßes ist eine Stütze 114 aus perforiertem, rostfreiem Stahlblech angeordnet. An der Oberseite jedes Gefäßes ist am Auslaß ein Filterschirm 115 vorgesehen, der entfernt werden kann, und der aus rostfreiem Stahldrahtgewebe oder perforiertem, rostfreiem Stahlblech besteht. Die Filter halten Sorbensteilchen zurück, die sonst aus den

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Gefäßen in das Leitungssystem gelangen könnten.

Das System schließt weiterhin eine Einlaßleitung 116 ein, die zu einem Vier-Wege-Ventil 117 führt, welches von einem Betätigungselement 172 betätigt wird, welches seinerseits betätigt wird, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Voluminar des Gases angesammelt und aus einem Gassammler 119 abgelassen worden sind. Diese Anzahl wird von einem vorbestimmenden Zähler 120 gezählt, der einen Federschalter 121 einschaltet, wenn die voreingestellte Gesamtzahl im Zähler erreicht ist.

Das Vier-Wege-Ventil 117 steuert den Strom des zuströmenden Gases zu einem der Gefäße 103, 106 und richtet den Strom des Reinigungsgases vom anderen Gefäß zu einem pneumatisch betätigten Auslaßventil 122 für das Reinigungsgas. Das Gas von der Einlaßleitung 116 kann zum Gefäß 103 über eine Leitung 121 strömen oder zum Gefäß 106 über eine Leitung 123. Vom Gefäß 103 strömt das ausströmende Gas durch eine Leitung 124 über ein Absperrventil 125 zu einer Auslaßleitung 126. Vom Gefäß 106 strömt das ausströmende Gas durch eine Leitung 127 und ein Absperrventil 128 zu der Auslaßleitung 126. Die Absperrventile 125, 128 verhindern, daß das ausströmende Gas in das jeweils andere Gefäß eindringt, welches regeneriert wird, während das erste Gefäß in den Adsorptionszyklus eingeschaltet ist.

Ein Teil des ausströmenden Gases dient zur Regenerierung. Zu diesem Zweck ist eine Leitung 130 vorgesehen, die über ein Ventil 131 und eine Öffnung 132 führt, von wo das ausströmende Gas zum Gefäß 103 über eine Leitung 133 und ein Ventil 134 direkt in das Gefäß 103 strömen kann oder in das

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Gefäß 106 über eine Leitung 135 und ein Absperrventil 136. Das Ventil 131 dient als Druck-Reduzierventil und Steuerventil für die Strömung. Die Absperrventile 134, 136 verhindern₍ daß das unter einem höheren Druck befindliche ausströmende Gas zum anderen Gefäß, welches im Regenerationszyklus sich befindet, strömt, während das eine Gefäß in die Adsorption eingeschaltet ist. Das Reinigungsgas wird_s nachdem es durch das regenerierte Gefäß geströmt ist, über eine Auslaßleitung 137 abgegeben, wobei es durch das Gefäß 103, die Leitungen 121, 118 und die andere Seite des Vier-Wege-Ventils 117 strömt, oder vom Gefäß 106 durch die Leitungen 123» 118 zu der anderen Seite des Vier-Wege-Ventils 117.

Ein Teil des zuströmenden Gases wird von der Leitung 116 über eine Leitung 14O erfindungsgemäß abgezogen und über eine Öffnung 141', die die Förderrate in einen Gassammler 119 steuert, geleitet, so daß die Dauer des Adsorptionszyklus gesteuert wird. Die Leitung 140 führt zu drei Gassammlern 119» 142 und 143« Je nach der Lage eines Vier-Wege-Ventils 144.

In der in Pig, 2 gezeigten Lage ist das Gefäß 103 auf Adsorption geschaltet und das Gefäß 106 wird regeneriert. Das Ventil 144 beliefert in dieser Lage über eine Leitung 145 den Gassammler 142 an der anderen Seite der Öffnung 146, die in diesem Fall ein Justierbares Ablaßventil ist. In der anderen Lage werden beide Gassammler 119 und 143 an der anderen Seite der Öffnungen 141 bzw. 147 beliefert, die in diesem Fall ebenfalls justierbare Ablaßventile sind.

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Das Vier-Wege-Ventil 144 wird von Federschaltern 148 und 129 betätigt, die eingeschaltet werden, wenn ein vorbestimmter Mindest-Gasdruck erreicht ist oder eine Anzahl von Zählungen für das Betätigungselement 129. Ist ein vorbestimmter Mindest-Gasdruck im Gassammler 142 erreicht, so wird das Betätigungselement 148 geschaltet und verschiebt dadurch das Ventil 144. Das Betätigungselement 129 wird andererseits von den Ausgangs impuls en vom Zähler 120 ausgelöst.

Beim Beginn des Adsorptionszyklus befindet sich das Gefäß 103 in eingeschaltetem Zustand im Leitungssystem, wie in Fig. 2 gezeigt. Das Vier-Wege-Ventil 117 ist in der in Fig. 2 gezeigten Lage, wobei der Einlaßstrom über die Leitung 121 zum Gefäß 103 gerichtet wird. Ausströmendes Gas vom Gefäß gelangt über die Leitung 124 und das Absperrventil 125 zur Auslaßleitung 126.

Ein Teil des ausströmenden Gases strömt durch ein Absperrventil 136 und von dort über das Gefäß 106 zur Regenerierung und gelangt über die Leitung 123 über das Vier-Wege-Ventil 117 an die andere Seite und von dort über die Leitung 118 und das Ventil 122 zur Auslaßleitung 137, wo das Gas in die Atmosphäre abgelassen wird.

Ein Schließventil 149 für den Dampf ist offen und wird über Leitungen 150 und 151 über ein Ventil 152 betätigt. Ein Dampfventil 153 ist geschlossen, wenn die Leitungen 154 und 155 drucklos sind. Das rechts befindliche Gefäß 106 wird daher bei der Reinigung beheizt, während das links befindliche Gefäß 103 in die Strömung eingeschaltet ist, und zwar

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im Adsorptionszyklus, wodurch das Prozeßgas getrocknet wird.

Ein Teil des von der Leitung 116 zuströmenden Gases gelangt über die Leitung 140 und ein Filter 190 sowie ein Druckeinstellgerät 191 zu dem Vier-Wege-Ventil 144, welches sich dann in einer Position befindet, in der der Strom durch die Leitung 156 über den Federschalter 157 und die öffnung 141* in das erste Gefäß 119 und durch die Leitungen 158 und 159 sowie das federbetätigte Ventil 160 und die öffnung 147 in den zweiten Gassammler 143 geleitet wird.

Ein Teil des zuströmenden Gases in einer Leitung 170 wird ebenfalls durch die Leitung 161 und das Ventil 162 zu der Leitung 163 geleitet, wo ein Teil dieses Gases zu einem Betätigungselement 164 geleitet wird, welches das Ventil 162 in seiner Lage hält, Im weiteren Verlauf betätigt die Leitung 163 das Betätigungselement 165» wodurch das Ventil 166 derart verschoben wird, daß das Gas durch die Leitung 167 dem Betätigungselement 168 zugeleitet wird, wodurch das Ventil 169 verschoben wird, so daß die Leitung 170 für das zuströmende Gas mit der Leitung 171 verbunden wird, wodurch das Betätigungselement 172 das Ventil 177 in die in Fig. 2 gezeigte Position verschiebt.

Ein Federschalter 173 ist mit dem Gassammler 143 verbunden. Ist ein vorbestimmtes Gasvolumen angesammelt, so ist auch ein vorbestimmter Mindest-Gasdruck erreicht, bei dem der Federschalter 173 betätigt wird. Dadurch wird der Zähler 174 betätigt, der den Impuls zählt und gleichzeitig den Federschalter 175 für das Ventil 176 betätigt. Dadurch

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wird der Gassammler 143 schnell abgelassen und anschließend geschlossen, worauf dessen Volumen wieder durch die Öffnung 147 angefüllt wird. Dieses Anfüllen hält an, bis der vorbestimmte Mindestdruck wieder erreicht ist, bei dem der Federschalter 173 betätigt wird und dadurch wieder der Zähler 147 weitergeschaltet wird, der jetzt den zweiten Impuls zählt. Dies wird fortgeführt, bis der Zähler so viele Impulse gezählt hat, wie vorher eingestellt wurden. Diese eingestellte Zahl der Impulse entspricht der Länge des beheizten Regenerationszyklus. Wenn diese Zahl gezählt ist, so betätigt der Zähler die pneumatischen Betätigungselemente 177 und 178 der Ventile 152 bzw. 179. Dadurch werden die Leitungen 150 und 154 gelüftet, so daß die Dampfventile 153 und 149 geschlossen werden. Dadurch wird der Heizzyklus beendet. Reinigungsgas strömt weiterhin durch die öffnung 132 und die Leitungen 131 und 135 durch das Gefäß 106 und kühlt dabei das Trocknungsbett und das Gefäß selbst in Vorbereitung für die Umschaltung des Trocknungsstroms zu diesem Gefäß.

Gleichzeitig beginnt der Zähler 174, die Füll-Ablaß-Zyklen zu zählen. Dasselbe tut der Zähler 120. Dieser Zähler 120 hat eine Zykluszeit gleich derjenigen, die notwendig ist, um das abgeschaltete Gefäß mit Hitze zu regenerieren plus der Zeit, die notwendig ist, um das eingeschaltete Gefäß mit Hitze zu regenerieren plus der Zeit, die notwendig ist, um den abgeschalteten Stromzyklus zu kühlen. Diese Summe ist gleich dem Trocknungszyklus weniger der Zeit, in der das abgeschaltete Gefäß wieder unter Druck gesetzt wird.

Ein Federschalter 180 ist mit dem Gassammler 119 verbunden. Wenn ein vorbestimmtes Volumen angesammelt ist, so ist ein vorbestimmter Mindest-Gasdruck erreicht, bei dem der Feder-

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Schalter 180 betätigt wird» Dadurch wird der vorbestimmte Zähler 120 betätigt» der den Impuls zählt und gleichzeitig den Federschalter 181 des Ventils 182 betätigt„ Dadurch wird dessen Volumen schnell abgelassen und der Gassammler wird anschließend geschlossen, worauf das Volumen sich durch die Öffnung 141⁵ wieder füllt. Diese Füllung wird fortgeführtj bis der vorbestimmte Mindestdruck wieder erreicht wird, bei dem der Federschalter 180 wieder betätigt wird. Dadurch wird wiederum der Zähler 120 betätigt, der einen weiteren Impuls zählt» Dies wird fortgeführt, bis der Zähler die vorher festgelegte Anzahl der Impulse gezählt hat, die der Länge eines Trocknungszyklus entspricht. Wenn diese Zahl gezählt ist, so betätigt der Zähler den Pederschalter 121, der das Ventil 144 verschiebt und die Leitung 170 mit der Leitung 145 verbindet _p so daß der Zyklus für das wieder unter Druck setzen beginnt.

Durch die Verschiebung des Ventils 144 werden auch die Leitungen 156® 161 und 159 belüftet. Durch das Belüften der Leitung 161 wird auch die Leitung 163 über das Ventil 162 belüftet. Dadurch wird das Betätigungselement 164 vom Druck abgeschaltet» so daß das Ventil 162 sich verschieben kann, weil der Druck am Betätigungselement 182 durch die Leitung 185 von der Leitung 171 beibehalten bleibt. Ausströmendes Gas von der Leitung 145 schließt das Ventil 122* so daß das Gefäß 106 durch die Öffnung 131 und das Absperrventil 136 wieder an Druck gelegt wird. Gleichzeitig werden beide Dampf ventile 149 und 153 geschlossen, während der Gasstrom durch ein Wechselventil 192 beide Ventile 152 und 179 aktiviert» Ein anderer Teil der Zweigleitung 145 strömt durch die Leitungen 197 und 198 für die Zurückstellung der Zähler 120 bzw. 174.

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Das zuströmende Gas strömt ,jetzt durch die Öffnung 146 in den Gassammler 142, wo das Gas gesammelt wird, bis ein vorbestimmter Betätigungsdruck für den Federschalter 148 des Vier-Wege-Ventils 144 erreicht ist, wobei das Ventil sich wiederum verschiebt und dabei wiederum die Zuströmleitung 140 mit der Leitung 156 verbindet. Die Leitung 145 wird von Druck abgeschaltet und öffnet dadurch das Absperrventil 122 für das Reinigungsgas und die Dampfventile 149 und 153 werden geschlossen. Das Ventil 162 ist jetzt jedoch verschoben und die Leitung 161 ist mit der Leitung 184 verbunden und somit auch mit den Betätigungselementen 185 und 193, wodurch das Ventil 186 sich verschiebt und das Betätigungselement 193 das Ventil 162 hält. Das Ventil 186 ist verschoben und verbindet dadurch die Leitungen 170 und 194, wodurch wiederum das Ventil sich verschiebt, wenn das Betätigungselement 195 aktiviert ist.

Die Leitung 171 ist jetzt durch das Ventil 169 belüftet. Die Leitung 155 ist jetzt durch das Ventil 169 und über die Leitung 170 unter Druck gesetzt. Das Betätigungselement 169 ist durch die Leitung 155 unter Druck gesetzt. Das Betätigungselement 172 ist durch die Leitungen 155 und 187 unter Druck gesetzt, wobei das Ventil 117 verschoben wird und der Einlaßstrom durch das Ventil 117 und die Leitung 123 zum Gefäß 106 strömt. Das Dampfventil 153 ist in die Offenstellung verschoben worden, und zwar über den Gasstrom von der Leitung 154 durch das Ventil 179 von der Leitung 155. Das rechte Gefäß 106 ist in den Strom eingeschaltet, und zwar im Adsorptionszyklus zum Trocknen, während das linke Gefäß 103 vom Gasstrom abgeschaltet ist und regeneriert wird.

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Das zuströmende Gas strömt daher über das Vier-Wege-Ventil 144 durch die Leitungen 156, 158 und 159, über die federbetätigten Ventile 157 und 160 sowie die öffnungen 141 und 147 in die Gassammler 119 und 143 und sammelt sich an, bis ein vorbestimmter Mindestdruck erreicht ist, bei dem die Federelemente 180 und 173 betätigt werden. Dadurch wird ein Impuls den Zählern 120, 174 zugeleitet, die einen Impuls an die Ventile 182 und 176 senden, der die Ventile öffnet und das Volumen abläßt. Diese Ventile schließen und das Gas kann wieder sich in den jeweiligen Voluminar ansammeln. Wenn ein vorbestimmter Betätigungsdruck für die Federschalter 180, 173 erreicht ist, so wird ein weiterer Impuls an die Zähler 120, 174 geleitet und sofort, bis die voreingestellte Zahl erreicht ist. Diese wird einmal am Zähler 174 erreicht, wodurch der Heizzyklus beendet wird, und zum anderen am Zähler 120, wodurch das wieder unter Druck setzen eingeleitet wird. Beide Verfahrensschritte erfolgen, wie bereits vorstehend erläutert. Der Zyklus beginnt also wieder von neuem.

Die erfindungsgemäßen Trocknungssysteme können mit beliebigem Adsorbens-Material betrieben werden, mit dem Feuchtigkeit aus Gasen adsorbiert werden kann. Beispielsweise werden Aktivkohle, Aluminiumoxid, Silikagel, Magnesia, verschiedene Metalloxide, Ton, Fullererde, Knochenkohle, Fludatbette und ähnliche, feuchtigkeitsadsorbierende Zusammensetzungen verwendet.

Es können auch Molekularsiebe eingesetzt werden, weil diese in vielen Fällen feuchtigkeitsabziehende Eigenschaften haben. Diese Klasse von Materialien schließt Zeolit ein, und zwar natürliches Zeolit und synthetisches Zeolit, dessen Poren im Durchmesser von etwa einigen Sngström bis etwa 12 oder 15

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&ngström oder auch mehr schwanken können. Chabastig und Analcit sind repräsentative natürliche Zeolite, die verwendet werden können. Synthetische Zeolite können ebenfalls verwendet werden, einschließlich derjenigen, die in den US-Patentschriften 2 442 191 und 2 306 610 beschrieben sind. Alle diese Materialien sind als Trocknungsmittel bekannt und in der Literatur beschrieben.

Die beschriebenen Trockner, wie sie auch zeichnerisch erläutert wurden, sind alle für die Regenerierung eines Reinigungsgases geeignet, wobei das Reinigungsgas im Gegenstrom mit dem nassen, zuströmenden Gas strömt. Es ist bekannt, daß dies die wirksamste Art und Weise für die Ausnutzung eines Trocknungsbettes ist. Strömt das nasse Gas durch ein Trocknungsbett in einer Richtung, so verringert sich der Feuchtigkeitsgehalt des Trocknungsmittels progressiv. Am Auslaß des Bettes ist normalerweise der kleinste Anteil der Feuchtigkeit adsorbiert. Es wird daher bevorzugt, wenn das Regenerations-Reinigungsgas vom Auslaßende her zugeführt wird, wodurch vermieden wird, daß die Feuchtigkeit vom nasseren Teil des Bettes in den trockneren Teil des Bettes getrieben wird, wodurch die notwendige Zeit für den Regenerationszyklus verlängert werden würde. Wenn der Strom des Reinigungsgases vom Auslaßende eingeleitet wird, so wird die dort vorhandene Feuchtigkeit, wenngleich dies auch nur ein kleiner Teil sein mag, vom Reinigungsgas abgezogen und zum feuchteren Ende des Bettes gebracht. Das Bett wird somit progressiv vom Auslassende her regeneriert und die gesamte Feuchtigkeit wird über die kleinstmögliche Distanz durch das Bett getragen, bevor sie am Einlaßende austritt.

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Im vorstehenden wurde die Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf Trocknungsmittel und ein Verfahren zum Trocknen von Gasen beschrieben. Bei einer geeigneten Wahl eines Adsorbens kann die Erfindung aber auch für die Trennung einer oder mehrerer Gaskomponenten aus einem Gasgemisch benutzt werden» In diesem Fall kann die Adsorbens-Komponente auch vom Sorbens durch Anwendung von Wärme und vorzugsweise durch zusätzliche Druckverminderung beim Regenerieren entfernt werden» Das Verfahren kann also auch für die Trennung von Wasserstoff aus Strömen von Ölkohlenwasserstoffen und anderen Gasgemischen, die dies enthalten, eingesetzt werden, für die Trennung von Sauerstoff von Stickstofffür die Trennung von Olefinen von gesättigten Kohlenwasserstoffen und dergleichen« Dem Fachmann sind die für den jeweiligen Zweck einzusetzenden Adsorbens bekannt.

In vielen Anwendungsfällen können auch Adsorbens eingesetzt werden, die für die Entfernung von Feuchtigkeit aus Luft bevorzugt werden, vorzugsweise um eine oder mehrere Gaskomponente aus einer Gasmischung zu adsorbieren, beispielsweise Aktivkohle als Adsorbens, Glaswolle, adsorbierende Kohle, Metalloxide und Ton, beispielsweise Attapulgit und Bentonit, Fullererde, Knochenkohle und natürliche und synthetische Zeolite. Diese Zeolite werden vorzugsweise für das Entfernen von Stickstoff, Wasserstoff und Olefinen eingesetzt, beispielsweise Äthylen oder Propylen, aus einer Mischung mit Propan und höheren Paraffin-Kohlenwasserstoffen, oder auch für Buten oder höheren Olefinen. Die Selektivität eines Zeolits hängt von der Porengröße des Materials ab» Die Literatur erläutert die selektive Adsorptionsfähigkeit der verfügbaren Zeolite,

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so daß daraus das jeweils passende Material ausgesucht werden kann. Das Adsorbens kann auch verwendet werden, um eine Vielzahl von Materialien in einem einzigen Verfahrensschritt abzutrennen. Aktiviertes Aluminiumoxid beispielsweise adsorbiert sowohl Dampffeuchtigkeit wie auch Kohlendioxid im Gegensatz zu Fluidatbetten, die nur Wasserdampf in einer solchen Mischung adsorbieren.

Die zu diesem Zweck eingesetzte Vorrichtung entspricht derjenigen nach Fig. 1 und 2. Dies trifft auch für das jeweils eingesetzte Verfahren zu, welches entsprechend den Anteilen der zu trennenden Komponenten, dem Betriebsdruck und der Betriebstemperatur sowie dem Volumen des zur Verfügung stehenden Adsorbens abzuändern wäre.

Das neuartige Verfahren ist aber insbesondere geeignet für das Trocknen von Gasen, welches das bevorzugte Anwendungsgebiet der Erfindung ist.

Wichtig für die Erfindung ist es somit, daß ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Adsorbieren eines ersten Gases von einer Mischung des Gases mit einem zweiten Gas vorgeschlagen wird, um die Konzentration des ersten Gases in der Mischung unter eine gewünschte maximale Konzentration abzusenken, wobei der Adsorptionszyklus zeitlich entsprechend der Einfüllrate durch eine Öffnung in einen Raum mit vorbestimmten Volumen dadurch gesteuert wird, daß ein Teil des einströmenden Systemgases abgezogen wird, welcher Teil in einen Raum mit vorbestimmten Volumen durch eine justierbare öffnung eingebracht wird, wo das abgezogene einströmende Gas gesammelt wird. Der Adsorptionszyklus wird unterbrochen, wenn das Volumen und/oder der

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Druck des angesammelten einströmenden Gases in diesem Raum ein vorbestimmtes Minimum erreicht oder überschreitet. Dadurch ist es möglich, den Zyklus unabhängig von einer äußeren Steuerung oder einer äußeren Energieversorgung zu kontrollieren»

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Claims

1. ¥erfaiiren zum Fraktionieren von Gasgemischen mit wirksamer zeitlicher Steuerung des Adsorptionszyklus eines Adsorbensbettes proportional zum Druck eines Systemgases, welches durch das Bett geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Gas aus einer Mischung des Gases mit einem zweiten Gas adsorbiert wird, um die Konzentration des ersten Gases in der Mischung unter eine gewünschte, maximale Konzentration abzusenken, daß ein Teil des zuströmenden Gases abgezogen wird, daß das abgezogene zuströmende Gas gesammelt wird und daß der Adsorpbionszyklus unterbrochen wird, wenn der Anteil des gesammelten, abgezogenen, zuströmenden Gases ©ine vorbestimmte Gesamtmenge erreichte

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß öas vörbestimmte Gesamtvolumen des abgezogenen, zuströmenden Gases über das Volumen ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, . dadurch gekennzeichnet, da6 der vorbestimmte Gesamtanteil des abgezogenen,zuströmenden Gases über den Druck ermittelt wird«,

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4. Verfahren nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des gesammelten, abgezogenen, zuströmenden Gases gemessen wird und daß ein Signal abgegeben wird, wenn ein vorbestimmter Mindestdruck erreicht ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß der Adsorptionszyklus unterbrochen wird, wenn der vorbestimmte Mindestdruck erreicht ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration eines ersten Gases in einer Mischung des Gases mit einem zweiten Gas unterhalb einer begrenzenden maximalen Konzentration des Gases im zweiten Gas dadurch verringert wird, daß die Mischung in Kontakt mit einem Adsorptionsbett gebracht wird und zwar von einem Ende zu einem anderen Ende des Bettes, welches Adsorptionsbett ein Adsorbens aufweist, welches eine bevorzugte Afffinität für das erste Gas hat, daß das erste Gas dort adsorbiert wird, um einen gasförmigen Ausfluß zu bilden, dessen Konzentration sich unter dem Maximum befindet, daß ein Teil des zuströmenden Gases abgetrennt und gesammelt wird, und daß anschließend das Zuströmen der gasförmigen Mischung in Kontakt mit dem Bett unterbrochen wird, wenn immer das Volumen oder der Druck des gesammelten zuströmenden Gases einen vorbestimmten Betrag erreicht.

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7. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Gas von dem Bett dadurch desorblert wird, daß ein Reinigungsstrom eines Gases in Kontakt mit dem Bett gebracht wird, welches Gas eine niedrige Konzentration des ersten Gases hat„ worauf die Adsorptions- und Desorptionszyklen aufeinanderfolgend wiederholt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet^ daß das adsorbierte erste Gas vom Bett bei einer Temperatur abgezogen wird„ die so hoch ist„ daß das erste Gas desorbiert werden kann»

9«. Verfahren nach Anspruch 1,, dadurch gekennzeichnet!, daß das adsorbierte erste Gas vom Bett bei einem Druck unterhalb des Druckes abgesogen wird," bei dem das Adsorbieren erfolgt.

ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet^ daß das adsorbierte erste Gas von dem Bett bei einem Druck unterhalb Atmosphärendruck abgezogen wird»

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Adsorptionsbetten verwendet werden, von denen das erste sich, in einem Zyklus zum Adsorbieren des ersten Gases befindet, während das andere Bett sich in einem Zyklus zum Desorbieren des ersten Gases

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durch einen Reinigungsstrom befindet, der ein ausströmendes Gas aus dem ersten Bett aufweist,

12. Verfahren nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, daß das Bett bei einem Desorptionszyklus dem Reinigungsstrom bei Zimmertemperatur unterworfen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet, daß das Bett bei einem Desorptionszyklus dem Reinigungsstrom bei einer angehobenen Temperatur unterworfen wird, die für eine Unterstützung des Desorbierens des ersten Gases ausreicht.

14. Verfahren nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet, daß das Bett bei einem Desorptionszyklus dem Reinigungsstrom bei einem Druck kleiner als der Druck des Adsorptionszyklus unterworfen wird.

15. Vorrichtung zum Fraktionieren von Gasgemischen zum Entfernen eines ersten Gases aus einer Mischung des Gases mit einem anderen Gas unter wirksamer zeitlicher Steuerung des Adsorptionszyklus eines Adsorptionsbettes proportional zum Druck eines durch das Bett geleiteten, zuströmenden Gases, insbesondere zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet, daß ein periodisch regenerierbares Adsorptionsbett (4, 111) zum Adsorbieren eines ersten Gases vorgesehen ist, daß Abzugsmittel für einen Teil des dem Bett zuströmenden Gases vorgesehen sind,

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daß ein Gassammler (35, 36, 119, 142, 143) zum Sammeln des bagezogenen zuströmenden Gases vorgesehen ist und daß

Fühler in Verbindung mit dem Gassammler vorgesehen sind, die auf eine vorbestimmte Gesamtmenge abgezogenen zuströmenden Gases im Gassammler ansprechen und den Adsorptionszyklus unterbrechen,

16* Vorrichtung nach Anspruch 15*

dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorptionsbett in einem Gegenstrom regeneriert wird*

17. Vorrichtung nach Anspruch 16₉
dadurch gekennzeichnet,,

daß ein Paar Gefäße (1„ 2, 103» 106) vorgesehen ist, von denen jedes eine Kammer für ein Adsorptionsbett aufweist, und von denen jedes leitungen für die Aufnahme eines zuströmenden Gases und für die Abgabe eines ausströmenden Gases hat.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17*
dadurch gekennzeichnet,

daß Mittel zum Abtrennen eines Teiles des ausströmenden Gases von einem der Gefäße zu dem anderen Gefäß für eine Desorption eines Reinigungsgases des adsorbierten ersten Gases vom Bett vorgesehen sind.

19· Vorrichtung nach Anspruch 15_$

dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Heizen des Adsorptionsbettes in dem Gefäß auf eine Temperatur vorgesehen sind» die aus-

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reicht, um das Desorbieren des ersten, dort adsorbierten Gases zu unterstützen.

20. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,

daß Mittel zum Reduzieren des Drucks beim Desorbieren unterhalb des Druckes beim Adsorbieren vorgesehen sind,

21. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß nicht beheizt ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 15-»- dadurch gekennzeichnet,

daß Fühler vorgesehen sind, mit denen ein Anwachsen des Volumens des zuströmenden Gases, welches im Gassammler gesammelt ist, gemessen wird.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Gassammler ein ausdehnbares Vorratsgefäß ist, welches beim Erreichen eines vorbestimmten, vergrößerten Volumens ein Signal abgibt.

24. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,

daß Fühler vorgesehen sind, mit denen ein Anwachsen des Druckes des zuströmenden Gases gemessen wird, welches im Gassammler gesammelt wird.

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25» Vorrichtimg nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckfühler mit dem Gassammler verbunden ist, der ein Signal abgibt, wenn ein vorbestimmter Mindestdruck erreicht ist.

26ο Vorrichtung nach Anspruch 25 $ dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler den Adsorptionszyklus unterbricht.

27. Vorrichtung nach Anspruch 25« dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler den Inhalt des Gassammlers abläßt»

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zähler (120, 174) vorgesehen ist, der auf die Anzahl der Ablaßvorgänge des Gassammlers anspricht und ein Signal nach ^eder vorbestimmten Anzahl der Ablaßvorgänge ^abgibt.

Patentanwalt:

Dr. D. Gudel

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