DE3432896A1 - Auf druckwechsel-adsorption beruhendes gastrennverfahren mit einem einzigen adsorptionsmittelbett - Google Patents

Auf druckwechsel-adsorption beruhendes gastrennverfahren mit einem einzigen adsorptionsmittelbett

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DE3432896A1
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Description

A Corporation of Delaware, U.S.A. Tonawanda, N.Y. 14150, U.S.A.
"Auf Druckwechsel-Adsorption beruhendes Gastrennverfahren mit einem einzigen Adsorptionsmittelbett"
Die Erfindung betrifft ein Druckwechsel-Adsorptionsverfahren, wie es zur Zerlegung eines Gasgemisches in seine Komponenten verwendet wird.
Insbesondere ist die Erfindung in Verbindung mit einem solchen Verfahren entwickelt worden, das Luft im wesentlichen in zwei Gasströme zerlegt, wobei der erste Gasstrom hauptsächlich Sauerstoff und der zweite Gasstrom hauptsächlich Stickstoff enthalten. Gewöhnlich wird der erste Gasstrom weiterverwendet und der zweite Gasstrom an die Umgebung abgegeben, andere Verwendungsformen sind jedoch ebenso möglich.
Derartige Verfahren und die Geräte zur Durchführung dieser Verfahren haben ein weites Anwendungsfeld, einschließlich sehr großer Einheiten zur Produktion mehrerer Tonnen Sauerstoff pro Tag, wie sie im großindustriellen Maßstab, z.B. in petrochemisehen Raffinationsverfahren und Kläranlagen, benötigt werden. Andererseits werden viel kleinere Einheiten zur Druckwechsel-Adsorption (im folgenden durch "DWA" abgekürzt)
in viel kleiner bemessenen Einrichtungen verwendet, die nur wenige Liter Sauerstoff pro Minute erzeugen, wie sie im medizinischen Anwendungsbereich, insbesondere bei Patienten mit Atembeschwerden, benötigt werden.
Ein anderes allgemeines Anwendungsgebiet der DWA-Technologie besteht in verschiedenen Zweigen der mittelgroßen Bedarfsindustrie. Diese umfassen Einrichtungen mit DWA-Kreisprozessen, die hochreinen Sauerstoff zur Sauerstoffgewinnung am Verbraucherort erzeugen, wie z. B. küstenferne Ölförderungs-Plattformen. Ein anderes Beispiel industrieller Anwendung sind Automobil-Auspuff-Werkstätten, wo der Sauerstoffstrom
zur Versorgung von Azetylensauerstoff-Schneidbrennern 15
verwendet wird.
In wiederum anderen Anwendungen der DWA-Kreisprozesse und -Technologie können andere Gasgemische in ihre Bestandteile zerlegt werden, wobei jedes abgetrennte Gas verwendet werden kann. Zum Beispiel kann bei der Zerlegung von Luft ein Strom hochreinen Stickstoffs erzeugt werden, wobei der Stickstoff als Schutzgas in bestimmten Schweißprozessen oder in anderen industriellen Prozessen verwendet werden
kann. Weiterhin kann Kohlendioxid aus einem Industriegasgemisch abgetrennt werden, um das Kohlendioxid oder eine andere Gaskomponente zu gewinnen. Das Anwendungsgebiet der DWA im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Produktion
hochreinen Sauerstoffs beschränkt, obwohl diese im Rahmen eines Ausführungsbeispiels der Erfindung beschrieben wi rd.
Die vorliegende Erfindung ist in all ihren vielen Ausführungsbeispielen auf das gesamte Gebiet der DWA-Technik anwendbar.
Einige DWA-Verfahren beruhen in ihrer Wirkungsweise auf Membranen oder anderen selektiven Trennmitteln. Jedoch basieren die bekanntesten und die der vorliegenden Erfindung zugehörigen Verfahren auf der Verwendung
1^ eines Adsorptionsmittelbettes, das z. B. aus Molekularsieben besteht. Das besondere Adsorbens wird unter dem Gesichtspunkt seiner Präferenz für ein bestimmtes Komponentengas des Gasgemisches ausgewählt, das die Gasbeladung des Gerätes bildet, in dem der DWA-Kreisprozeß durchgeführt wird. Zur Sauerstoffgewinnung aus der Luft bindet das Adsorptionsmittel, in starker Vereinfachung eines hochkomplexen physikalisch-chemischen Prozesses, den Stickstoff, so daß der Sauerstoff durch das Adsorptionsmittelbett hindurchfließt und ais hochreiner Sauerstoffstrom austritt. Sobald das Adsorptionsmittelbett mit Stickstoff gesättigt ist, muß es mit Sauerstoff rückgespült werden, wobei der Stickstoff ausgetrieben wird und das Adsorptionsmittelbett für die Abtrennung von Sauerstoff aus der Gasbeladung wieder aufbereitet wird.
Innerhalb dieser allgemeinen Gattung von DWA-Geräten und -Verfahren mit Adsorptionsmittelbetten gibt der Stand der Technik eine Lehre für solche, die mehrere Betten, und solche, die ein einziges Adsorptionsmittelbett verwenden. Soll die Produktion kontinuierlich sein, ist es höchst vorteilhaft, mindestens zwei Adsorptionsmittelbetten zu benutzen, wobei das eine Bett sich im Produktionszustand und das andere sich im Spülzustand befinden, so daß das Verfahren insgesamt
kontinuierlich Sauerstoff erzeugt. Ein vom Adsorptionsmittelbett abgeführter Seitenstrom des Produktgases wird als Spülgasstrom für das Adsorptionsmittelbett
in der Regenerationsphase verwendet. 5
Jedoch ist in einigen Anwendungen ein einziges Adsorptionsmittelbett sehr wünschenswert. Das Verfahren mit einem einzigen Adsorptionsmittelbett hat den großen Vorteil, daß es kostengünstiger, leichter und, wegen einer starken Verminderung der Zahl der Bestandteile, zuverlässiger ist. Selbst wenn der Bedarf mehr oder weniger kontinuierlich ist, kann die mit Unterbrechung stattfindende Produktion einer Anlage mit einem einzigen Adsorptionsmittelbett, die die vorliegende Erfindung aufweist, mit Hilfe eines zusätzlichen Buffertanks mehr oder weniger kontinuierlich gemacht werden. Diese besondere Ausbildung wird in mehreren Variationen in der vorliegenden Erfindung verwendet und bildet einen Teil der Verbesserung des Verfahrens gegenüber dem bisherigen Stand der Techni k.
Ein bekannter Nachteil der bisherigen DWA-Verfahren besteht darin, daß diese mit einem beträchtlichen so %-igen Verlust der Kompressorkapazität verbunden sind. Wenn in der Produktionsstufe das Adsorptionsmittelbett mit der vom Kompressor gelieferten Luft beladen wird, ist die Kompressorkapazität voll ausgenutzt. Wenn jedoch das Adsorptionsmittelbett sich in der Regenerationsphase des Kreisprozesses befindet, wird die Kompressorkapazität oft einfach abgeführt oder sie geht anderweitig verloren. Andererseits könnte der Kompressor an- und ausgeschaltet werden, was jedoch zu einer extrem starken Beanspruchung des Kompressors führt und daher seine Lebensdauer verkürzt.
λ Weiterhin sind mit dem wiederholten An- und Abschalten des Kompressors in einem DWA-Kreisprozeß viele mechanische und technische Probleme verbunden. Wo eine zentrale Quelle komprimierter Luft verwendet wird, wie in g einer Einrichtung mit vielen Verbraucherstellen, z. B. in großen Auspuff-Reparaturwerkstätten mit vielen Versorgungseinheiten, wird dieser Nachteil dadurch vermindert, daß die zentrale Luftversorgung einen eigenen Buffertank hat und die Luft immer nur an einer Stelle gebraucht wird. Jedoch bietet auch in einer solchen Einrichtung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung den Vorteil, daß das DWA-Verfahren mit einem einzigen Adsorptionsmittelbett leicht eingesetzt werden kann, und damit alle Vorteile, die mit
einem DWA-Verfahren mit einem einzigen Ad-15
sorptionsmittelbett verbunden sind.
In vielen Situationen, in denen eine zentrale Luftversorgung gegeben ist, wird vorzugsweise ein DWA-Verfahren
mit mehreren Adsorptionsmittelbetten und daher mit 20
großen Abmessungen benutzt. Daher stellt die Erfindung
einen weiteren Fortschritt dar, indem sie dem Fachmann die Lehre erteilt, wie ein DWA-Verfahren mit einem einzigen Adsorptionsmittelbett in einer Vi el Verbraucher-Einrichtung mit einer zentralen Luftversorgung verwendet 25
werden kann.
Aus dem bisherigen Stand der Technik ist es auch bekannt, den DWA-Kreisprozeß zwischen atmosphärischem Druck und einem überatmosphärischen Druck, d. h. dem Arbeitsdruck des Kompressors, zu betreiben. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in der Entdeckung, daß der besondere Kreisprozeß in dem DWA-Verfahren mit einem einzigen Adsorptionsmittelbett
leistungsfähiger arbeitet, wenn er zwischen einem 35
über- und einem unteratmosphärischen Druck betrieben
wird. Diese Steigerung der Leistungsfähigkeit des Verfahrens ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber dem bisherigen Stand der Technik.
Dies war ein unerwartetes vorteilhaftes Ergebnis.
Die vorliegende Erfindung löst zahlreiche weitere Probleme des bisherigen Standes der DWA-Technik, indem sie mehrere bisher nicht bekannte Kombinationen von Kreisprozessen und besondere Ausbildungen offenbart. Diese sind mit Vorteilen in der DWA-Technik verbunden, insbesondere sofern sie Adsorptionsverfahren mit einem einzigen Adsorptionsmittelbett betreffen.
Ein Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie einen bisher nicht bekannten DWA-Kreisprozeß offenbart, der insbesondere für Adsorptionsverfahren mit einem einzigen Adsorptionsmittelbett geeignet ist. Dies ist weiter unten im Detail ausgeführt.
Die Erfindung hat im wesentlichen zwei Ausführungsbeispiele, die von dem Kreisprozeß Gebrauch machen und mehrere besondere Ausbildungen und Kombinationen dieser Ausbildungen, die auf die beiden Ausführungsbeispiele anwendbar sind.
Die beiden Ausführungsbeispiele werden im folgenden der Einfachheit halber als die Hochdruck-Version und die Niedrigdruck-Version bezeichnet.
Die Hochdruck-Version ist auf eine konventionelle Zuführung von komprimierter Luft angewiesen. Diese kann entweder durch einen zugeeigneten Kompressor geschehen, der einen Teil des Gerätes bildet, in den der DWA-Kreisprozeß eingebaut ist, oder durch eine zentrale Luftquelle, wie sie gewöhnlich in Mehrzweck-Einrichtungen vorhanden ist.
Die zweite, sogenannte Niedrigdruck-Version weist ein Gebläse als Quelle der Gasbeladung auf. Ein besonders hervorzuhebender Aspekt dieses Ausführungsbeispiels, der mit dem Niedrigdruck-Gebläse zu tun hat, ist die Nutzbarmachung sowohl des überatmosphärischen Drucks an der Austrittsseite als auch des unteratmosphärischen Drucks an der Eintrittsseite des Gebläses. Diese beiden Drücke werden in verschiedenen Stadien des Kreisprozesses sehr vorteilhaft benutzt. Zu den Vorteilen gehören eine hundertprozentige zeitliche Nutzung und ein kontinuierlicher Betrieb des Gebläses. Dies ist den bekannten Verfahren mit einem einzigen Adsorptionsmittelbett gegenüberzustellen,
in denen die zugeführte Kompressor- oder Druckluft 15
während etwa 50 % des Kreisprozesses, d.h. während der Regenerationsphase, verlorengeht.
Zusätzlich zu ihren beiden Hauptausführungsbeispielen offenbart die vorliegende Erfindung eine Reihe von
besonderen Ausbildungen, die in einigen Fällen auf beide Ausführungsbeispiele und in einigen Fällen nur auf die Hochdruck-Version anwendbar sind.
Diese besonderen Ausbildungen umfassen eine Einrichtung, 25
die dafür sorgt, daß das den Kreisprozeß und das Verfahren durchführende Gerät nur nach Bedarf arbeitet. Dies bedeutet einen wichtigen technischen Fortschritt. Bisher enthielten DWA-Geräte gewöhnlich eine zeitliche
Steuerung, die unabhängig vom Bedarf arbeitete. Das 30
würde heißen, daß nach Anschalten des Gerätes es den ersten Schritt in einer bestimmten Zahl von Sekunden, den nächsten Schritt in einer bestimmten Zahl von Sekunden, etc. durchführen würde und in derselben
Weise weiterlaufen würde, unabhängig davon, ob Bedarf 35
vorhanden ist oder nicht, und unabhängig vom Bedarfsum-
fang. Die vorliegende Erfindung weist einen Druckfühler-Schalter in Verbindung mit dem Produktgastank auf, um den Kreisprozeß anhand des Bedarfs zu regeln. Damit kann die Zeitdauer jedes Schrittes in dem Kreisprozeß beträchtlich variiert werden. Ihre Veränderung geschieht in Abhängigkeit von der Größe des Adsorptionsmittelbettes, der Kapazität des Gasbeladungs-Gebläses , als auch der Bedarfsmenge. Diese auf den Bedarf reagierende Einrichtung kann auf beide Ausführungsbeispiele der Erfindung angewendet werden.
Ein bedeutender Vorteil der Erfindung besteht in dieser Beziehung darin, daß die Kosten, Montagezeit, Gewicht und andere Komponenten, die mit der Verwendung
einer solchen zeitlichen Steuerung, häufig einer mit Nocken arbeitenden oder elektronischen Zeitsteuerung, verbunden sind, vollständig eingespart werden können.
Noch ein anderer Vorteil dieses zweiten Ausführungsbeispiels ist dadurch gegeben, daß das relativ einfache Niedrigdruck-Gebläse eine viel kostengünstigere und weniger komplizierte Komponente darstellt als ein konventioneller Luft-Kompressor mit vielen sich bewegen-
den Teilen.
Ein anderer Aspekt der Erfindung, der sowohl die Hochdruck- als auch die Niedrigdruck-Version betrifft, besteht in der Anordnung zweier Behälter, wobei der erste als Vorratsbehälter für das Spül- und/oder Ausgleichsgas vorgesehen ist und der zweite als Produktgas-Vorratsbehälter zur kontinuierlichen, schwankungsfreien Versorgung des Verbrauchers. Diese Funktionsweise wird durch das Anbringen eines Absperrventils gewährleistet.
Die folgende Ausbildung bezieht sich nur auf die erste, die Hochdruck-Version. Sie umfaßt die Anbringung eines Einlaßventils im Eingabebereich der Druckluftzufuhr zum System. Die Verwendung dieses Ventils ist nicht zweckmäßig, wenn das System mit einem zugeeigneten Kompressor arbeitet, d. h. einem Kompressor, der in das System eingebaut ist oder der keine andere Funktion hat, als das erfindungsgemäße Gerät zu beladen. In diesem Fall ist es wichtig, den Kompressor zu entladen, wenn das Adsorptionsmittelbett sich im Regenerationszustand befindet, um zu vermeiden, daß der Kompressor gegen ein geschlossenes Ventil arbeitet. Eine solche Schaltung, in der der Kompressor gegen ein geschlossenes Ventil arbeitet, würde zu einer schnellen Beschädigung des Kompressors führen. Weiterhin verbraucht der Kompressor bei seiner Entladung weniger Energie, was einen weiteren Vorteil der Erfindung bedeutet. Dieser Aspekt birgt für sich genommen jedoch den Nachteil, und zwar gemeinsam mit dem bisherigen Stand der DWA-Technik, daß Kompressorkapazität verlorengeht. Die Vorrichtung eines Einlaßventils wird dort gebraucht, wo die Erfindung in einer Vielzweckeinrichtung, d.h. einer Einrichtung mit zentralem Kompressor, verwendet wird, da in diesem Fall der Kompressor
2^ nie gegen ein geschlossenes Ventil arbeiten, sondern einen zentralen Vorratstank beladen wird.
Wie oben angeführt, basiert die vorliegende Erfindung teilweise auf der Entdeckung, daß ein DWA-Kreisprozeß, der zwischen unter- und überatmosphärischem Druck betrieben wird, leistungsfähiger arbeitet, im Gegensatz zu dem aus dem bisherigen Stand der Technik bekannten Kreisprozeß, der zwischen atmosphärischem und überatmosphärischem Druck operiert. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird dies dadurch erreicht, daß
beide Seiten des Gebläses in den Prozeß einbezogen werden. Diese Arbeitsweise kann sogar in dem ersten Ausführungsbeispiel durch eine Venturi-Vorrichtung erreicht werden. Diese Venturi-Vorrichtung wird an der Abzugsgas-Austrittsöffnung des Adsorptionsmittelbettes angebracht und durch die relativ hoch komprimierte Luft der Beladung betrieben, um einen unteratmosphärischen Druck an dieser Öffnung zu erzeugen, der das Abzugsgas aus dem Adsorptionsmittelbett heraussaugt ohne Verwendung einer separaten Absaugvorrichtung.
Eine weitere besondere Ausbildung der Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, wie er auch in den bekannten DWA-Geräten verwendet wird. Wenn eine genügende Substanzmenge mit geeigneten Wärmeleit- und Wärmekapazitätseigenschaften so angebracht wird, daß die erwärmte Zuführungsluft und, darauffolgend, der abgezogene Stickstoff in umgekehrter Richtung durch diese Substanz hindurchfließen müssen, wird ein thermisches Gleichgewicht hergestellt, das einen Wärmeaustauscher für die Zuleitungsluft entweder gar nicht oder nur beschränkt notwendig macht. Diese Methode erspart unter Umständen eine separate hUO-Trennvorrichtung.
Die oben dargestellten und weiteren Vorteile der Erfindung werden in der folgenden, detaillierten Beschreibung, den Ansprüchen und der beigefügten Zeichnung, die auch zur Offenbarung der Erfindung beitragen soll, dargelegt, oder sie werden daraus offensichtlich.
Figur 1 stellt ein schematisches Diagramm des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung dar;
Figur 2 besteht in einer graphischen Darstellung des Kreisprozesses und anderer Aspekte des in Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels;
Figur 3 zeigt graphisch die Abhängigkeit des Drucks von dem zeitlichen Verlauf des Kreisprozesses in dem ersten Ausführungsbeispiel;
Figur 4 ist ähnlich wie Figur 1 eine schematische Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Figur 5 ist eine graphische Darstellung des Kreisprozesses ähnlich wie Figur 2, die sich jedoch auf das zweite Ausführungsbeispiel bezieht; und
Figur 6 zeigt die Abhängigkeit des Drucks von dem
zeitlichen Verlauf des Kreisprozesses, ähnlich wie 15
Figur 3, jedoch auf das zweite Ausführungsbeispiel bezogen.
Das in den Figuren 1, 2 und 3 dargestellte erste
Ausführungsbeispiel der Erfindung weist einen Kompressor 20
12 auf, dessen Ausstoß durch das Ventil 10 ein Adsorptionsmittelbett 14 belädt. Der Kompressor 12 hat einen relativ hohen Ausstoßdruck von ungefähr 413,4 kPa (60 psig). Alle im Text und in der Zeichnung erwähnten Drücke sind geeichte Drücke, wobei der
atmosphärische Druck auf Null geeicht ist. Der Kompressor 12 ist dem in Figur 1 dargestellten System in dem Sinne zugeeignet, daß der separate Kompressor zwar als Bestandteil im Gerät untergebracht sein kann, jedoch keine andere Funktion als die der Beladung des Adsorptionsmittelbettes erfüllt. Dies ist Vielzweckeinrichtungen, wie sie oben beschrieben worden sind, gegenüberzustellen, in denen eine einzige leistungsstarke Druckluftquelle mehrere Verbraucher versorgt.
Einige bekannte Systeme, die vorgeben, einen zugeeigneten Kompressor zu enthalten, besitzen einen Buffertank an der Stelle des Ventils 10 in Figur 1. Dies erlaubt zwar eine Gasabnahme vom Buffertank für andere Zwecke, führt aber zu den gleichen Nachteilen verschwendeter Kompressorkapazität und Kosten u.s.w., da der Kompressor ständig gegen den relativ hohen Druck in einem solchen Buffertank arbeitet. Daher würde man einen Buffertank nur an der Austrittsseite des Kompressors verwenden, wenn man eine andere Verwendung für die Luft hätte. Hat man jedoch andere Verwendungen für die Luft, dann ist der Kompressor dem System in dem hier verwendeten Sinne nicht wirklich zugeeignet.
Als Variation dieses ersten Ausführungsbeispiels betrachten wir ein solches, in dem auf das Ventil 10, das Zuführungsventil, ganz verzichtet wird. In diesem Fall erlaubt die Öffnung des Ventils 20 im Spülschritt 2 die Entlüftung des Adsorbens. Gleichzeitig wird der Ausstoß des Kompressors entladen oder an die Umgebung abgeführt. Durch Verzicht auf das Ventil 10 in Figur 1 wird erreicht, daß der Kompressor niemals gegen ein geschlossenes Ventil arbeitet, da, solange der Kreisprozeß anhält, der Ausstoß des Kompressors entweder durch Ventil 20 abgelassen wird oder, da Ventil 30 geöffnet ist, zur Beladung des Adsorptionsmittelbettes 14 verwendet wird. Das heißt mit Bezug auf die "geöffnete Venti1e"-Spalte der Figur 2, daß eines der Ventile 20 oder 30 immer geöffnet ist und
OQ daher der Kompressor niemals gegen ein geschlossenes Ventil arbeitet.
Im Falle des Verzichts auf Ventil 10 verhindert die Erfindung in allen Situationen, daß der Kompressor gegen ein geschlossenes Ventil arbeitet. Gleichzeitig wird bei der Entladung des Kompressors weniger Energie
verbraucht, da der Kompressor während der Öffnung des Spülungs-Ventils einfach an die Umgebung und nicht gegen einen bestehenden Druck abgibt. Andererseits würde das Ventil 10 in einem Hochdruck-Ausführungsbeispiel ohne einen zugeeigneten Kompressor eingebaut sein, um den Luftvorrat abzudichten und Zuführungsluft aufzusparen.
Bei seiner Verwendung ist das Ventil 10 im Normalzustand 1^ geschlossen. Es werde nochmals betont, daß das Ventil 10 nicht zusammen mit einem zugeeigneten Kompressor verwendet wird. Wenn es aus irgendeinem Grund zusammen mit einem zugeeigneten Kompressor verwendet würde, wäre es ständig in Betrieb, das heißt, voll geöffnet während des ganzen Kreisprozesses.
Auf diese Weise versorgt der Kompressor 12 abwechselnd das Adsorptionsmittelbett 14, im Sinne der in Figur 1 eingezeichneten Linie 16, oder den Abzug längs Linie 18 und über das Ventil 20 mit Luft. Eine andere Linie 24 führt von der gegenüberliegenden Seite des Adsorptionsmittelbettes 14 über das dem Ventil 20 ähnliche Ventil 30, und schließlich zum Buffertank 28, der auf diesem Wege beladen wird. Eine die Spülung beschränkende Meßblende 26 ist parallel zum Ventil 30 angelegt. Schließlich wird der Produktausstoß durch das Drosselventil 34 und den Druckregulator 36 gesteuert.
Die Ventile 10, 20 und 30 werden durch die Druckmeßzelle 22 oder eine zeitliche Steuerungsvorrichtung mit Zeitvorwahl längs der gestrichelten Kontrol1inien 40-10 bzw. 40-20 bzw. 40-30 gesteuert.
Die Verwendung des Druckschalters 22 bedeutet einen wichtigen Fortschritt, da sie eine kostspielige zeitliche Steuerungsvorrichtung unnötig macht und ein dem Bedarf folgendes Herunterschalten des Kompressors erlaubt. Das heißt, daß der Kompressor nur zur Druckluftzufuhr in Reaktion auf die Produktentnahme gebraucht wird.
Das folgende Beispiel soll zur weiteren Klärung dienen.
Der Druckschalter 22 ist ein Different!al druckschalter mit regulierbarer Nachstellung. Er funktioniert so, daß, wenn sein oberer Einstellwert 413,4 kPa beträgt, die elektrische Schaltung bei diesem Wert geändert wird. Wenn der vorgewählte Wert 379 kPa beträgt, muß der Druck im Buffertank 28 bis zu diesem Wert absinken, um den Druckschalter 22 neu einzustellen. Im Normalzustand wird der Druckschalter 22 dafür sorgen, daß während der Beladung des Adsorptionsmittelbettes 14 und des Buffertanks 28 das Ventil 20 ge-
2Q schlossen und das Ventil 30 geöffnet sind. Wenn der Druck sich auf den Einstellwert 413,4 kPa "des Druckschalters 22 erhöht, wird die Venti1 einstel1ung umgekehrt, so daß das Ventil 20 geöffnet und das Ventil 30 geschlossen wird. Das Adsorptionsmittelbett 14 wird dann entlüftet, und durch die Meßblende 26 beginnt eine Rückspülung des Produktgases, die langsam den Druck des Buffertanks 28 herabsetzt. Wenn kein Produktgas durch das Drosselventil 34 abgezogen wird, wird es beispielsweise ungefähr fünf Minuten dauern, bis
„0 der untere Einstellwert des Druckschalters 22 von 379 kPa erreicht ist. Während dieser Zeit wird das Kompressorgas durch das Ventil 20 abgezogen, wobei eine minimale elektrische Energie verbraucht wird. Wenn die Druckbeladungszeit nur 15 Sekunden und das
o,- Spül i nterval 1 (minimale Energie) fünf Minuten betragen, wird ein Herunterschalten von 300/315 oder 95 % bei keiner Produktentnahme festgestellt. Das heißt
nicht, daß der Energieverbrauch nur 5 % des Nennwertes entspricht, sondern, daß der Kompressor zu 95 % der Zeit unbeladen ist, wobei er seine NuI1-Ladungs-Energie verbraucht. Diese NuI1-Ladungs-Energie variiert um 15 % des Nennwertes und mehr in Abhängigkeit vom gewählten Kompressormodell.
Dieses 95 %-ige Herunterschalten im NuI1-Ladungs-Fal1 kann vermöge einer Optimierung des Durchmessers der Spülungs-Meßblende 26 realisiert werden. Sobald außer Spülgas auch Produktgas dem Buffertank 28 entnommen wird, sinkt der Druck in dem Buffertank schneller ab. Beim Nenn-Produktausstoß kann z.B. der Einstellwert von 379 kPa in 15 Sekunden erreicht werden. Dementsprechend könnte das Herunterschalten beim Nenn-15
oder maximalen Produktausstoß 15/50 oder 50 % betragen.
Es ist bemerkenswert, daß bei sich veränderndem Produktbedarf eine wesentliche Energieeinsparung erreicht
werden kann.
20
Wie schon vorher bemerkt, kann eine zeitliche Steuerung mit Zeitvorwahl anstelle des Druckschalters 22 verwendet werden, wobei jedoch die Vorwahl so getroffen werden
muß, daß sie die Zeiterfordernisse bei voller Produktent-25
nähme erfüllt.
Wie weiter unten noch im Detail beschrieben werden wird, weist die Erfindung zwei zusätzliche Vorrichtungen auf, die auch in dem in Figur 1 dargestellten Gerät wahlweise verwendet werden können. Diese beiden Vorrichtungen bestehen einerseits in der Venturi-Abzugsgas-Entnahmeeinrichtung 42 und andererseits in dem zusätzlichen Behälter 56 und dem Absperrventil (siehe Figur 4)
zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Entnahme. 35
Die Venturi-Entnahmevorrichtung 42 wird wahlweise als Unterdruck-Absaugeinrichtung im Spülschritt eingesetzt, indem sie von dem anderenfalls in die Umgebung abgegebenen Kompressorausstoß Gebrauch macht. Das heißt, daß im Schritt 2, dem Spülschritt, der Kompressorausstoß einfach durch die Venturi-Vorrichtung 42 abgelassen wird. Somit wird die komprimierte Luft der Linie 18 folgend durch das Ventil 20 heraustreten, aber ihren Weg über die Venturi-Vorrichtung 42 nehmen, die zum Spülschritt beiträgt und ihn beschleunigt, indem sie die Abzugsgase, hauptsächlich Stickstoff, vom Adsorptionsmittelbett 14 absaugt. Wie weiter unten bezüglich des zweiten Ausführungsbeispiels noch detaillierter dargelegt werden wird, hat sich unerwarteterweise herausgestellt, daß der Betrieb zwischen einem überatmosphärischen und einem unteratmosphärischen Druck die Leistungsfähigkeit und die Betriebsfähigkeit der so funktionierenden Kreisprozesse verbessert. Dies ist im Vergleich zu den bekannten Systemen zu sehen, die zwis'chen atmosphärischem und überatmosphärischem Druck arbeiten.
In der oben beschriebenen Figur 2 ist die Zeitdauer für jeden Schritt nur näherungsweise angegeben. Diese für jeden Schritt nur näherungsweise angegeben. Diese Zeiten stellen sich in Reaktion auf den tatsächlichen Bedarf ein, den das System, wie oben im Hinblick auf den Druckschalter 22 beschrieben, erfährt.
Der Kreisprozeß umfaßt drei Schritte, Schritt "4" stellt in Wirklichkeit den Anfang eines neuen Kreisprozesses dar und ist mit Schritt 1 identisch. Wie bei Figur 2 unten angegeben, sind die erwähnten Drücke auf das Ende jedes Schrittes zu beziehen und als geeichte Drücke, mit atmosphärischem Druck gleich
Null, zu verstehen. Schritt 1 ist ein Produktionsschritt, wobei das Adsorptionsmittelbett Sauerstoff erzeugt, der durch das offene Ventil 30 in den Behälter 28 geleitet wird. Dieser Schritt hält an, bis der Druck in dem Behälter 28 den vorgewählten Umschaltwert erreicht, der 379 kPa in dem oben beschriebenen Beispiel beträgt. Zu diesem Zeitpunkt geht der Kreisprozeß in den Schritt 2 über, in dem ein abgezweigter,
durch die Meßblende 26 gehender Gasstrom durch das IO
Adsorptionsmittelbett 14 zurückfließen kann, um, der Figur 1 nach unten folgend, den Stickstoff aus dem Adsorptionsmittelbett herauszuspülen. Der abgezweigte Gasstrom fließt dann entlang Linie 18 über
die Entnahmevorrichtung 42 und das nun geöffnete 15
Ventil 20 zum Abzug in die Umgebung.
Dieser Schritt hält für eine relativ kurze Zeitdauer an, die 15 Sekunden in dem oben beschriebenen Beispiel
beträgt. Der folgende Schritt 3 ist ein Ausgleichs-20
schritt, in dem das Ventil 20 geschlossen bleibt, das Ventil 10 dann wieder geöffnet wird, um das Adsorptionsmittelbett 14 zu beladen, und der Druck im System bis zum Ausgleich wieder anschwillt. Nach dem Ausgleich kehrt sich der Gasstrom automatisch um und verläuft längs Linie 24 und durch das nun geöffnete Ventil 30, um die Produktion in den Schritten 1 und 4 zu veranlassen.
In Figur 3 ist der Druck im Adsorptionsmittelbett
° während des Kreisprozesses dargestellt. Hierin ist von Bedeutung, daß der sehr scharfe und steile Druckabfall beim 30-Sekunden-Wert, d. h. im Spülschritt, sehr rasch auftritt. Dies erlaubt eine effektivere
Ausnutzung des Spülgases.
35
ilO
Der steile Druckabfall wird durch die Verwendung von relativ großen Ventilen erreicht.
Wie aus den Figuren 1 und 2 und der vorangehenden Beschreibung entnommen werden kann, erfüllt das Ventil 20 einen doppelten Zweck. In diesem ersten Ausführungsbeispiel mit hochkomprimiertem Gas erlaubt das Ventil 20 während des Spül Schrittes 2 sowohl die Entlüftung des Adsorptionsmittelbettes 14 bis zum niedrigsten Druck (der atmosphärisch, wie in Figur 2 gezeigt, oder unteratmosphärisch sein kann, wenn die wahlweise einsetzbare Venturi-Abzugsgas-Entnahmevorrichtung 42 verwendet wird), als auch die Ableitung des Ausstoßes des Kompressors 12 an die Umgebung. Beide Funktionen, die der Adsorptionsmittelbett-Entlüftung und der Kompressorentladung, werden gleichzeitig und nur durch das Ventil 20 ausgeführt.
Diese doppelte Funktion des Ventils 20 bedeutet einen weiteren wichtigen Fortschritt der Erfindung und vergrößert die damit erzielbaren Vorteile, die in geringeren Kosten, geringerer Anzahl der Teile, höherer Verläßlichkeit, geringerem Gewicht, geringeren Herstellungskosten und ähnlichen Vorteilen gegenüber dem bisherigen Stand der Technik bestehen.
In Figur 4 wird das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail dargestellt. Diejenigen Teile, die gleich, äquivalent oder ähnlich zu solchen sind, die oben im Hinblick auf Figur 1 beschrieben worden sind, sind mit den entsprechenden, jeweils um 100 erhöhten Bezugszahlen versehen.
Das in Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel geht von einem Gebläse 44 aus, das in Form irgendeines Modells ausgebildet sein kann.
"L Figur 3 stellt die Veränderung des Druckes im Adsorptionsmittelbett 14 dar und kann direkt auf die Darstellung des Kreisprozesses in Figur 2 bezogen werden. Figur 3 erklärt sich weitgehend von selbst. Der steile Abfall vom vollen Druck zum SpUl-Druck, etwa beim 32-Sekunden-Wert, ist sofort erkennbar.
Figur 4 zeigt die Niedrigdruck-Version, die vom Gebläse 44 ausgeht, wie sie oben beschrieben wurde. Atmosphärisehe Luft wird an der Einlaßseite des Gebläses im Verlauf von Linie 46 eingesaugt, wobei der Strom atmosphärischer Luft durch das Ventil 110 geregelt wird, das durch den Druckschalter und das Steuerteil 122 gesteuert wird. Zwischen der Einlaßseite des
Gebläses 44 und dem Ventil 110 stößt die Linie 48 15
auf die Linie 46, die eine alternative Luftzuführung in die Einlaßseite des Gebläses darstellt. Der Strom im Verlauf von Linie 48 wird durch das Ventil 70, das seinerseits durch das Teil 122 gesteuert wird, geregelt.
Der Ausstoß an der Austritts- oder Überdruck-Seite des Gebläses 44 geschieht im Verlauf von Linie und führt in den Wärmeaustauscher 52. Die Abzugsgas-Linie
118 zweigt von der Linie 116 zwischen dem Gebläse 25
44 und dem Wärmeaustauscher 52 ab. Der Abzug wird durch das Ventil 120 geregelt, das seinereits durch das Element 122 gesteuert wird.
Hinter dem Wärmeaustauscher 52 wird der Strom im 30
Verlauf von Linie 116 durch das Ventil 60 geregelt, das in die Linie 48 mündet, die zur Einlaßseite des Gebläses 44, wie in Figur 4 gezeigt, zurückführt. Zusätzlich regelt das Ventil 60 auf Linie 116 den Gasstrom in die Einlaßseite des Adsorptionsmittelbettes IU.
Der Gasstrom im Verlauf der Austritts-Linie 124 wird durch das Ventil 130 geregelt, das seinerseits durch das Teil 122 gesteuert wird. Die Meßblende 126 ist gestrichelt markiert, da sie eine wahlweise Einrichtung in dem durch Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist.
Da ein DWA-System mit einem einzigen Adsorptionsmittelbett leicht zu Schwankungen und Unregelmäßigkeiten des Produktausstoßes führt, enthält die Erfindung eine wahlweise Vorrichtung zum Ausgleich der Produkterzeugung und zur konstanten Abgabe. Zu diesem Zweck sind ein Absperrventil 54 auf der Linie 124 und ein Ausgleichstank 56 zwischen den Ventilen 54 und 130 angebracht. Der Ausgleichstank 56 mündet zwischen diesen beiden Ventilen 130 und 54 in die Linie 124.
Die hinter dem Buffertank 128 angebrachten Bestandteile des Gerätes sind die gleichen wie die in dem durch Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel. Die zugehörigen Bezugszahlen sind jeweils um 100 erhöht.
Figur 5 zeigt den Verlauf des Kreisprozesses für das in Figur 4 dargestellte Gerät. Dieses Verlaufs-Schema entspricht im allgemeinen dem des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung nach Figur 2. Wie dort sind die angegebenen Zeiten nur näherungsweise zu verstehen. Die Zeiten werden natürlich durch den Druckschalter und die Steuerungsvorrichtung 122 geregelt, und zwar in derselben Weise, wie sie oben in bezug auf die ähnliche Vorrichtung 22 in Figur 1 beschrieben wurde.
Im ersten Schritt, in dem das System sich in der Produktionsphase befindet,sind das Ventil 110 geöffnet 35
und das Ventil 70 geschlossen. Demgemäß saugt das Gebläse 44 atmosphärische Luft an. Da das Ventil 120 geschlossen ist, folgt der Gasstrom der Linie 116 durch das offene Ventil 60 zum Adsorptionsmittelbett 114, das das Produktgas erzeugt. Das Ventil 130 ist geöffnet, damit das Produktgas zu dem Ausgleichstank 56 und dem Buffertank 128 fließen kann. Das Absperrventil 54 dient dazu, einen Rückfluß aus dem Buffertank zu verhindern, wenn der Kreisprozeß zum nächsten Schritt 2, dem Spülschritt, übergeht. Somit wird der Ausgleichstank 56 Gas für diesen Schritt zur Verfugung stellen, und das Absperrventil 54 wird den Buffertank 128 zur Produktabgabe an den Verbraucher abschließen. Da die Behälter 56 und 128 auf gleichen Druck gebracht sind, kann der Ausstoß des Behälters 56 das Absperrventil 54 nicht gegen den gleichen Druck im Behälter 128 öffnen. Daher wird dieses Gas zur Spülung des Adsorptionsmittelbettes 114 verwendet.
Im Spülschritt 2 werden die Ventile 110, 60 und geschlossen und die Ventile 70 und 120 geöffnet. Damit saugt das Gebläse Luft an, die vom Ausgleichstank 56 durch die Meßblende 126, rückwärts durch das Adsorptionsmittelbett und durch das Ventil 70 zur Einlaßseite des Gebläses 44 und von dort aus durch das nun geöffnete Abzugsventil 120 nach draußen führt.
Man sieht somit, wie das Gebläse 144 mit 100 %-igem Nutzeffekt, d. h. kontinuierlich, arbeitet. Im ersten Schritt führt es dem Adsorptionsmittelbett 114 komprimierte Luft zu. In dem darauffolgenden Spülschritt wird von der Einlaßseite .des Gebläses 44 Gebrauch gemacht. Das Abzugsgas wird aus dem Adsorptionsmittelbett 114 herausgesaugt und durch das Abzugsventil
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120 an die Umgebung abgegeben. Weiterhin ist festzustellen, daß der Spülschritt bei einem überatmosphärischen Druck von 103,3 kPa beginnt und zu einem unteratmosphärischen Druck von 55,1 kPa führt. Dabei hat sich herausgestellt, daß der Betrieb des Systems zwischen einem über- und einem unteratmosphärischen Druck seine Leistungsfähigkeit und den Produktausstoß im allgemeinen erhöht und den so betriebenen DWA-Kreisprozeß im allgemeinen verbessert. Diese Verbesserung wird für einen wesentlichen Fortschritt gegenüber dem bisherigen Stand der DWA-Technik gehalten, der insbesondere mit den niedrigen Kosten des Gebläses 44 dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung verbunden ist.
Nach Figur 5 wird der dritte Schritt, der Ausgleichsschritt, nach dem Spülschritt durchgeführt. Dabei werden die Ventile 110, 60 und 130 wieder geöffnet und entweder, wenn vorhanden, der Ausgleichstank 56 oder sonst der Buffertank 128 zur Entlüftung des Adsorptionsmittelbettes 114, die gleichzeitig mit dessen neuer Beladung durch das Gebläse 44 stattfindet, verwendet. Nachdem der Ausgleich erzielt worden ist, geht der Kreisprozeß in den nächsten Schritt 4 über, der mit Schritt 1 identisch ist. Dabei werden sowohl das Adsorptionsmittelbett als auch der Behälter mit Druck beladen und die Produktion fortgeführt.
Die obige detaillierte Beschreibung der Erfindung OQ soll nur im Sinne eines Beispiels verstanden werden, hingegen soll sich der Schutzanspruch auf den gesamten Erfindungsgedanken und den Umfang der bestehenden Ansprüche ausdehnen.

Claims (1)

  1. Dipl.-lng. W. Dahlke
    Dipl.-lng. H.-J. Lippert
    Patentanwälte 6. September 1984
    Frankenforster Straße 137 L-S/Ma
    Bergisch Gladbach 1
    Greene & Kellogg,Inc.
    A Corporation of Delaware
    Tonawanda, N. Y. 14150, U.S.A.
    Ansprüche
    1. Druckwechsel-Adsorptions-Kreisi auf, der von einem System mit einem einzigen Adsorptionsmittelbett Gebrauch macht, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreisprozeß zwischen einem höchsten, einem niedrigsten und einem dazwischenliegenden Druck betrieben wird, daß das System Tankeinrichtungen (28; 128, 56) zur Aufnahme der Produktgas-Abgabe des Adsorptionsmittelbettes (14; 114) aufweist und daß der Kreisprozeß die folgenden drei Schritte aufweist: Einen Produktionsschritt, in dem der Druck in dem Adsorptionsmittelbett (14; 114) und den Tankeinrichtungen (28; 128, 56) von dem dazwischen· liegenden Druck auf den höchsten Druck gebracht wird, einen Spülschritt, in dem der Druck in dem Adsorptionsmittelbett (14; 114) von dem höchsten Druck auf den niedrigsten Druck rasch vermindert wird, und einen Druckausgleichsschritt, in dem der Druck in dem Adsorptionsmittelbett (14; 114) und den Tankeinrichtungen (28; 128, 56) auf den dazwischenliegenden Druck ausgeglichen wird.
    2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der niedrigste Druck ein unteratmosphärischer Druck ist.
    3. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Gebläseeinrichtung (44) zur Erzeugung des höchsten Druckes an der Austrittsseite und des niedrigsten Druckes an der Eintrittsseite der Gebläseeinrichtung (44).
    4. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die bewirkt, daß der Druckabfall in dem Adsorptionsmittel bett (14; 114) während des Spül Schrittes rasch erfolgt.
    5. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Druckluft-Zulieferungseinrichtung (12; 44),eine Venturi-Abzugsgas-Entnahmevorrichtung (42) und eine Einrichtung, die kompri-
    mierte Luft von der Zulieferungseinrichtung (12; 44) durch die Abzugsgas-Entnahmevorrichtung (42) leitet, um die Abzugsgas-Entnahmevorrichtung (42) zum Heraustreiben des Abzugsgases aus dem Adsorptionsmittelbett (14; 114) zu veranlassen.
    System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein im Normalzustand geschlossenes Zuleitungsventil (10; 110) an der Zuführungsseite des Adsorptionsmittelbettes (14; 114)
    System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zeitliche Steuervorrichtung (22; 122) zur Steuerung der Zeitdauer jedes Schrittes im Kreisprozeß.
    8. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Druckausgieichs-Tankvorrichtung (56), die mit der Produktgas-Entladung des Adsorptionsmittelbettes (14; 114) in Verbindung steht.
    9. System nach Anspruch 1, dadurch g e kennzei chnet, daß Luft als Beladung beim Druckwechsel-Adsorptions-Kreisprozeß verwendet wird und Sauerstoff als Produktgas gewonnen wird.
    10. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Wärmeaustauscher-Vorrichtung (52) und eine Einrichtung zur Anordnung dieser Wärmeaustauscher-Vorrichtung (52), so daß ein Wärmeaustausch zwischen der Gasbeladung des Adsorptionsmittelbettes (14; 114) und dem vom Adsorptionsmittelbett (14; 114) abgezogenen Spülgas stattfindet.
    11. Ein Druckwechsel-Adsorptions-System mit einem einzigen Adsorptionsmittelbett, dadurch gekennzei chnet, daß das System eine Buffertank-Vorrichtung (28; 128) aufweist, einen Druckwechsel-Adsorptions-Kreislauf enthält, daß der Kreislauf eine Vielzahl von Schritten umfaßt, daß das System Venti1-Einrichtungen (10, 20, 30; 60, 70, 110, 120, 130) zur Regelung des Gasstroms beim Durchlaufen der einzelnen Schritte des Kreisprozesses aufweist, daß es eine Druckfühler-Vorrichtung zur Wahrnehmung des Gasdrucks im Buffertank (28; 128), eine Einrichtung zum Ableiten von Produktgas aus dem Buffertank (28; 128) und eine Vorrichtung aufweist, die bewirkt, daß der Kreisprozeß die verschiedenen Schritte in Reaktion auf den Druck im Buffertank (28; 128) durchläuft, wobei der Kreislauf seine Schritte
    nach dem Produktgas-Bedarf und nicht nach festgesetzten Zeiten durchführt.
    12. System nach Anspruch 11, gekennzeich-
    net durch eine Druckluft-Zulieferungseinrichtung (12; 44), eine Venturi-Abzugsgas-Entnahmevorrichtung (42) und eine Einrichtung, die komprimierte Luft von der Zulieferungseinrichtung (12; 44) durch die Abzugsgas-Entnahmevorrichtung (42) leitet, um die Abzugsgas-Entnahmevorrichtung (42) zum Heraustreiben des Abzugsgases aus dem Adsorptionsmittelbett (14; 114) zu veranlassen.
    13. System nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein im Normalzustand ge-
    schlossenes Zuleitungsventil (10; 110) an der Zuführungsseite des Adsorptionsmittelbettes (14; 114).
    14. System nach Anspruch 11, gekennzei c h net durch eine Druckausgleichstank-Vorrichtung (56), die mit der Produktgas-Entladung des Adsorptionsmittelbettes (14; 114) in Verbindung steht.
    15. System nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Wärmeaustauscher-Vorrichtung (52) und eine Einrichtung zur Anordnung dieser Wärmeaustauscher-Vorrichtung, so daß der Wärmeaustausch zwischen der Gasbeladung des Adsorptionsmittelbettes (14; 114) und dem vom Adsorptionsmittelbett (14; 114) abgezogenen Spülgas stattfindet.
    16. System nach Anspruch 11, gekennzeichn e t d u r c h eine zeitliche Steuervorrichtung (22; 122) zur Steuerung der Zeitdauer jedes Schrittes in dem Kreisprozeß.
    17. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Luft als Beladung beim Druckwechsel-Adsorptions-Kreisprozeß verwendet wird und Luft als Produktionsgas gewonnen wird.
    18. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichne t,da3 das Adsorptionsmittel bett (14; 114) einem höchsten, niedrigsten und dazwischenliegenden Druck ausgesetzt wird und der
    niedrigste Druck ein unteratmosphärischer Druck ist.
    19. Druckwechsel-Adsorptions-Gerät mit einem einzigen Adsorptionsmittelbett, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorptionsmittel-
    bett (14; 114) eine erste und eine zweite Gasöffnung aufweist, wobei die beiden Gasöffnungen abwechselnd als Gas-Eintritts- und als Gas-Austrittsöffnung des Adsorptionsmittelbettes (14; 114) funktionieren, und daß das Gerät die folgenden Vorrichtungen auf-
    weist: Eine Leitungsvorrichtung zur Beladung des Adsorptionsmittelbettes (14; 114) mit komprimiertem Gas an der ersten Öffnung, eine Abzugsvorrichtung, die durch die Leitungsvorrichtung mit der ersten Öffnung verbunden ist, eine Venti!vorrichtung (20; 120) in der Leitungsvorrichtung und eine Vorrichtung zur Zuführung von Spülgas zur zweiten Öffnung des Adsorptionsmittelbettes (14; 114), wobei die Ventilvorrichtung (20; 120) während der Spülung des Adsorptionsmittelbettes (14; 114) gleichzeitig zum Abzug
    des Beladungsgases aus der Zulieferungsvorrichtung und zum Abzug des Spülgases aus dem Adsorptionsm-ittelbett (14; 114) dient.
    20. Gerät nach Anspruch 19, dadurch ge-
    kennzeichnet, daß das Adsorptionsmittelbett (14; 114) einem höchsten, niedrigsten und da-
    zwischenliegenden Druck ausgesetzt ist und der niedrigste Druck ein unteratmosphärischer Druck ist.
    21. Gerät nach Anspruch 19, g e k en η ζ e i c h net durch eine Wärmeaustauscher-Vorrichtung (52) und eine Einrichtung zur Anordnung dieser Wärmeaustauscher-Vorrichtung, so daß der Wärmeaustausch zwischen der Gasbeladung des Adsorptionsmittelbettes (14; 114) und dem vom Adsorptionsmittelbett (14; 114) abgezogenen Spülgas stattfindet.
    22. Gerät nach Anspruch 19, dadurch g e kennzei chnet, daß Luft als Beladung des Druckwechsel-Adsorptions-Kreisprozeß verwendet wird und Sauerstoff als Produktgas gewonnen wird.
    23. Gerät nach Anspruch 19, dadurch · g e kennzei chnet, daß es gemäß einem aus mehreren Schritten bestehenden Druckwechsel-Adsorptions-Kreisprozeß arbeitet und eine zeitliche Steuervorrichtung (22; 122) zur Steuerung der zeitlichen Dauer jedes Schrittes in dem Kreisprozeß aufweist.
    24. Gerät nach Anspruch 19, gekennzeich-
    net durch ein im Normalzustand geschlossenes Zuleitungsventil (10; 110) an der Zuführungsseite des Adsorptionsmittelbettes (14; 114).
    25. Gerät nach Anspruch 19, gekennzeich-
    net durch eine Druckluft-Zulieferungseinrichtung (12; 44), eine Venturi-Abzugsgas-Entnahmevorrichtung (42) und eine Einrichtung, die komprimierte Luft von der Zulieferungseinrichtung (12; 44) durch die Abzugsgas-Entnahmevorrichtung (42) leitet, um die Abzugsgas-Entnahmevorrichtung (42) zum Heraustreiben des Abzugsgases aus dem Adsorptionsmittelbett (14; 114) zu veranlassen.
    26. Druckwechsel-Adsorptions-Maschine mit einem einzigen Adsorptionsmittelbett, gekennzeichnet durch eine Zulieferungsvorrichtung, die ein Niedrigdruck-Gebläse (44) für die Gasbeladung aufweist.
    27. Maschine nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Durchführung eines Druckwechsel-Adsorptions-Kreisprozesses,
    1^ wobei der Kreisprozeß mindestens einen ersten Schritt zur Beladung des Adsorptionsmittelbettes (14; 114) und einen zweiten Schritt zum Abzug von Spülgas aus dem Asorptionsmittelbett (14; 114) aufweist, eine Vorrichtung zur Nutzung des Gebläses im wesentlichen während 100 % seiner Betriebszeit, einer Überdruck- und einer Unterdruckseite des Gebläses (44), eine Abzugsvorrichtung, eine Leitungsvorrichtung zwischen der Hochdruckseite des Gebläses und dem Adsorptionsmittelbett (14; 114) zur Durchführung des ersten Schrittes, des Beladungsschrittes, und eine Leitungsvorrichtung zwischen der Unterdruckseite des Gebläses und dem Adsorpt-ionsmittelbett (14; 114) und der Abzugsvorrichtung zur Durchführung des zweiten Schrittes, des Spül Schrittes.
    28. Maschine nach Anspruch 26, gekennzei c h net durch eine Vorrichtung, die bewirkt, daß der Druckabfall in dem Adsorptionsmittelbett (14; 114) während des Spülvorgangs im zweiten Schritt rasch erfolgt.
    29. Maschine nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß sie gemäß einem aus mehreren Schritten bestehenden Druckwechsel-Adsorptions-Kreisprozeß arbeitet, und eine zeitliche Steuervorrichtung (22; 122) zur Steuerunq der Zeitdauer .iedes
    Schrittes in dem Kreisprozeß aufweist.
    30. Maschine nach Anspruch 26, dadurch g e kennzei chnet, daß das Adsorptionsmittelbett (14; 114) einem höchsten, niedrigsten und dazwischenliegenden Druck ausgesetzt ist und der niedrigste Druck ein unteratmosphärischer Druck ist.
    31. Maschine nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch eine Wärmeaustauscher-Vorrichtung (52) und eine Einrichtung zur Anordnung der 1^ Wärmeaustauscher-Vorrichtung, so daß der Wärmeaustausch zwischen der Gasbeladung des Adsorptionsmittelbettes (14; 114) und dem vom Adsorptionsmittelbett (14; 114) abgezogenen Spülgas stattfindet.
    32. Maschine nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch eine Druckausgleichstank-Vorrichtung (56), die mit der Produktgas-Entladung des Adsorptionsmittelbettes (14; 114) in Verbindung steht.
    33. Maschine nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß Luft als Beladung beim Druckwechsel-Adsorptions-Kreisprozeß verwendet wird und Sauerstoff als Produktgas gewonnen wird.
    34. Druckwechsel-Adsorptions-Maschine zur Abtrennung von Sauerstoff aus der Luft mit einem einzigen Adsorptionsmittel bett, dadurch g e kennzei chnet, daß es einen Buffertank (28; 128), ein Niedrigdruck-Gebläse (44) mit einer Ausstoß- und einer Ansaugseite zur Beladung des Adsorptionsmittelbettes (14; 114) mit umgebender Luft von der Ausstoßseite her aufweist, daß das Adsorptionsmittelbett (14; 114) eine erste und eine zweite Stirnseite aufweist, die beide sowohl als Gaseinlaß- als auch als Gasausstoßvorrichtung für das Adsorptions-
    mittelbett (14; 114) verwendbar sind, daß die Maschine eine Abzugsvorrichtung, eine Leitungsvorrichtung, die das Gebläse (44), die Abzugsvorrichtung und die erste Stirnseite des Adsorptionsmittelbettes (14; 114) ^ untereinander verbindet, eine Venti1vorrichtung in der Leitungsvorrichtung, eine Steuereinrichtung (22; 122) für die Venti1vorrichtung und eine Vorrichtung zur Sauerstoffentnahme aus dem Adsorptionsmittel bett (14; 114) durch die zweite Stirnseite aufweist, und daß
    !O die Leitungsvorrichtung durch die Ventilvorrichtung so angeordnet und gesteuert wird, daß die Ansaugseite des Gebläses (44) mit dem Adsorptionsmittelbett (14; 114) während des Spül Schrittes in Verbindung steht, um das Abzugsgas von dem Adsorptionsmittel bett
    !5 (14; 114) abzusaugen und der Abzugsvorrichtung zuzuführen, wobei das Gebläse (44) im wesentlichen während 100 % der Zeit genutzt wird, in der die Maschine während der Produktionsschritte beladen und während der Spülschritte entladen wird.
    35. Maschine nach Anspruch 34, dadurch g e kennzei chnet, daß die Maschine eine Produktgas-Tankvorrichtung (28; 128) aufweist, die Steuereinrichtung (22; 122) eine Vorrichtung zur Wahrnehmung des Drucks des Produktgases in der Tankvorrichtung (28; 128) aufweist, wobei die Maschine in Reaktion auf den Bedarf von Produktgas aus der Tankvorrichtung (28; 128) und nicht nach vorher festgesetzten Zeiten für die Dauer jedes Schrittes in dem Kreisprozeß arbeitet.
    36. Maschine nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorrichtung aufweist, die bewirkt, daß der Kreisprozeß zwischen einem höchsten, niedrigsten und dazwischenliegenden Druck betrieben wird, daß das System eine Tankvor-
    richtung (28; 128) zur Aufnahme des Produktgasausstoßes des Adsorptionsmittelbettes (14; 114) enthält, daß der Kreisprozeß einen Produktionsschritt, in dem der Druck in dem Adsorptionsmittelbett (14; 114) und
    ö der Tankvorrichtung (28; 128) von dem dazwischenliegenden auf den höchsten Druck gebracht wird, einen Spülschritt, in dem der Druck in dem Adsorptionsmittel bett (14; 114) von dem höchsten auf den niedrigsten Druck verringert wird, und einen Druckausgleichsschritt enthält, in dem die Drücke in dem Adsorptionsmittelbett (14; 114) und der Tankvorrichtung (28; 128) auf den dazwischenliegenden Druck ausgeglichen werden.
    37. Maschine nach Anspruch 34, gekennzeichnet durch eine Wärmeaustauscher-Vorrichtung (52) und eine Einrichtung zur Anordnung dieser Wärmeaustauscher-Vorrichtung, so daß der Wärmeaustausch zwischen der Gasbeladung des Adsorptionsmittelbettes (14; 114)und dem aus dem Adsorptionsmittelbett (14; 114) abgezogenen Spülgas stattfindet.
    38. Maschine nach Anspruch 34, g e k e η η ζ e i c h η e t d u r c h eine zeitliche Steuervorrichtung (22; 122) zur Steuerung der Zeitdauer jedes Schrittes in dem Kreisprozeß.
    39. Maschine nach Anspruch 34, gekennzeichnet durch eine Druckausgleichstank-Vorrichtung (56), die mit der Produktgas-Entladung des Adsorptionsmitteibettes (14; 114) in Verbindung steht.
DE19843432896 1983-11-01 1984-09-07 Auf druckwechsel-adsorption beruhendes gastrennverfahren mit einem einzigen adsorptionsmittelbett Ceased DE3432896A1 (de)

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