DE3832177A1

DE3832177A1 - DEVICE FOR CONTROLLING THE GAS FLOWS IN PRESSURE EXCHANGE ADSORPING SYSTEMS

Info

Publication number: DE3832177A1
Application number: DE3832177A
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Dr Ing Maass; Guenter Dipl Ing Bruntsch; Franz Dipl Ing Ritter; Erich Dr Ing Keiner
Original assignee: VEB CHEMIEANLAGENBAUKOMBINAT LEIPZIG-GRIMMA DDR 7240 GRIMMA DD; LEIPZIG CHEMIEANLAGEN
Current assignee: Linde Engineering Dresden GmbH
Priority date: 1987-10-12
Filing date: 1988-09-22
Publication date: 1989-04-27
Also published as: DD265809A1; FR2621497A1; HUT51170A; SE465357B; SE8803605D0; IT1224484B; FR2621497B1; GB2210808A; GB8823959D0; GB2210808B; YU189588A; ATA237988A; IT8867914A0

Abstract

Control apparatus controls gas flow in a pressure change adsorption plant having a group of individual adsorbers (1, 2, 3) used for the adsorptive separation of gas mixtures and preferably for obtaining oxygen or nitrogen from air. Two valve blocks (4, 5) are associated with the gas inlet side and at the gas outlet side and the valve blocks are connected via adsorber gas lines (6-11) with the adsorbers. In both the valve blocks a series of diaphragm absorber valves are disposed in the adsorber gas lines. Control valves (20-22) open and close the adsorber valves in selected groups so that the adsorber valves in both the valve blocks which make possible an adsorption process in one adsorber, a desorption process in another adsorber and possibly a scavenging and/or repressurization operation in another adsorber are all actuated by one common control valve. <IMAGE>

Description

Die Erfindung wird bei der adsorptiven Trennung von Gasge mischen angewendet, insbesondere bei der Gewinnung von Sauerstoff oder Stickstoff aus der Luft.The invention is in the adsorptive separation of Gasge mix applied, especially in the extraction of Oxygen or nitrogen from the air.

Zum Trennen von Gasgemischen, beispielsweise zur Gewinnung von Sauerstoff oder Stickstoff aus der Luft, werden heute wegen ihrer Wirtschaftlichkeit und ihrer Effektivität häu fig Adsorptionsanlagen angewendet. Dabei haben sich in der letzten Zeit Anlagen, die mit wechselndem Druck arbeiten, besonders bewährt. Bei diesen Anlagen erfolgt die Regene rierung des Adsorptionsmittels durch Druckabsenkung und gegebenenfalls durch Spülen mit dem gewonnenen reinen Gas.For separating gas mixtures, for example for extraction of oxygen or nitrogen from the air, are today because of their economy and effectiveness fig adsorption systems applied. In the process systems that work with changing pressure, especially proven. The rain comes with these systems ration of the adsorbent by lowering the pressure and optionally by purging with the pure gas obtained.

Die bekannten Druckwechseladsorptionsanlagen weisen eine Vielzahl von Ventilen zum Steuern der Gasströme auf. Diese Ventile erhöhen den materialmäßigen und kostenmäßigen Auf wand beträchtlich. Daher ist man bestrebt, den durch die Ventile entstehenden Aufwand zu verringern.The known pressure swing adsorption systems have one Variety of valves to control gas flows. These Valves increase the material and cost wall considerably. Therefore, one strives to be through the Valves to reduce effort.

Aus der DE-OS 33 10 769 ist hierzu bekannt, die in die Hauptanschlußleitungen integrierten Ventile in einem Ven tilblock zusammenzufassen. Die Ventilblöcke sind jeweils am Gaseinlaß und am Gasaustritt eines Adsorbers angeordnet. Durch die Ventilblöcke wird die Verrohrung an den Adsorbern erheblich verringert. Die Steuerung der Ventile wird in der DE-OS 33 10 759 jedoch nicht beschrieben.From DE-OS 33 10 769 it is known that in the Main connection lines integrated valves in a Ven summarize tilblock. The valve blocks are each arranged at the gas inlet and at the gas outlet of an adsorber. The piping on the adsorbers is through the valve blocks significantly reduced. The control of the valves is in DE-OS 33 10 759, however, is not described.

In der DE-OS 29 51 626 wird eine Vorrichtung zum Zerlegen eines Gasgemisches dargestellt, die an den Adsorbern mit einzelnen Ventilen zum Gaseinlaß und Gasaustritt ausgerü stet ist. Dabei sind das Einlaßventil des ersten Adsorbers und das Auslaß-Ventil des zweiten Adsorbers steuerungsmäßig zu einer ersten Ventilanordnung zusammengefaßt und an eine pneumatische Steuereinheit angeschlossen. Ebenso sind das Einlaßventil des zweiten Adsorbers und das Auslaßventil des ersten Adsorbers zu einer zweiten Ventilanordnung zusammen gefaßt und an die gleiche Steuereinheit angeschlossen. Bei Erreichen eines Spitzendruckes in einem Adsorber schaltet die Steuereinheit jeweils auf den anderen Adsorber um. Durch die Anordnung einzelner Ventile entsteht bei dieser Vorrichtung noch ein relativ hoher Aufwand.In DE-OS 29 51 626 a device for disassembling of a gas mixture shown at the adsorbers individual valves for gas inlet and gas outlet is steady. Here are the inlet valve of the first adsorber and the outlet valve of the second adsorber in terms of control combined into a first valve arrangement and to a pneumatic control unit connected. The same is true Inlet valve of the second adsorber and the outlet valve of the first adsorber to a second valve assembly caught and connected to the same control unit. At Reaching a peak pressure in an adsorber switches the control unit to the other adsorber. The arrangement of individual valves results in this Device still a relatively high cost.

Ziel der Erfindung ist es, bei Druckwechseladsorptionsan lagen den material- und kostenmäßigen Aufwand für die Ven tile, deren Steuerung und für die Rohrleitungen an den Ad sorbern zu verringern.The aim of the invention is at Druckwechseladsorptionsan were the material and cost of the Ven tile, its control and for the piping to the ad to decrease sorber.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Steuern der Gasströme in einer Druckwechseladsorptions anlage zu entwickeln, die so ausgebildet ist, daß mehrere Adsorberventile am Gaseinlaß und Gasaustritt der Adsorber durch ein Steuerorgan gemeinsam betätigt werden, wobei die Adsorberventile während eines Arbeitszyklusses der Druck wechseladsorptionsanlage nur einmal öffnen und schließen.The invention has for its object a device to control the gas flows in a pressure swing adsorption develop system that is designed so that several Adsorber valves at the gas inlet and gas outlet of the adsorbers are operated jointly by a control body, the Adsorber valves during a work cycle of pressure Open and close the removable adsorption system only once.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zur Druckwechseladsorptionsanlage gehörenden Adsorbergruppe an der Seite des Gaseinlasses und des Gasaustrittes jeweils ein gemeinsamer Ventilblock zugeordnet ist. Der Adsorber gruppe sind somit 2 Ventilblöcke zugeordnet, wobei die ein zelnen Adsorber über Adsorbergasleitungen mit den Ventil blöcken in Verbindung stehen. Die Adsorbergasleitungen wei sen in den Ventilblöcken mehrere pneumatische Adsorberven tile auf. Dabei ist jedes Adsorberventil mit einer Gaslei tung für ein in den Ventilblock oder aus dem Ventilblock strömendes Gas verbunden. Die bei einem Arbeitstakt wirk samen, in beiden Ventilblöcken angeordneten Adsorberventile stehen über eine Steuergasleitung mit einem gemeinsamen Steuerventil in Verbindung. Ein Arbeitstakt stellt dabei einen Adsorptionsprozeß in einem der Adsorber dar. The object is achieved in that the adsorber group belonging to the pressure swing adsorption system on the side of the gas inlet and the gas outlet, respectively a common valve block is assigned. The adsorber group are thus assigned to 2 valve blocks, the one individual adsorber via adsorber gas lines with the valve blocks are connected. The adsorber gas lines white several pneumatic adsorber valves in the valve blocks tile on. Each adsorber valve has a gas duct device for in or out of the valve block flowing gas connected. The effective at a work cycle seed adsorber valves arranged in both valve blocks stand over a control gas line with a common one Control valve in connection. A work cycle provides represents an adsorption process in one of the adsorbers.

Zur gleichen Zeit erfolgt in den anderen Adsorbern der Desorptionsprozeß und gegebenenfalls ein Spülprozeß. Ist der Adsorber, in dem der Adsorptionsprozeß stattfand, be laden, so wird auf einen anderen Adsorber umgeschaltet, in dem nach einem Druckausgleich ein neuer Adsorptionsprozeß und damit ein neuer Arbeitstakt beginnt. Mit einem gemein samen Steuerventil stehen somit jene Adsorberventile in beiden Ventilblöcken in Verbindung, die den Adsorptions prozeß in einem Adsorber und den Desorptionsprozeß und gegebenenfalls den Spülprozeß jeweils in einem anderen Adsorber ermöglichen.At the same time in the other adsorbers Desorption process and optionally a rinsing process. Is the adsorber in which the adsorption process took place, be load, it is switched to another adsorber, in a new adsorption process after a pressure equalization and a new work cycle begins. With one mean The same control valve is thus in those adsorber valves two valve blocks in connection, which the adsorption process in an adsorber and the desorption process and if necessary, the rinsing process in another Enable adsorbers.

Zweckmäßigerweise stehen dabei alle bei einem Arbeitstakt wirksamen Adsorberventile beider Ventilblöcke mit einem einzigen gemeinsamen Steuerventil in Verbindung. Da ein Steuerventil einen Arbeitstakt nur jeweils in dem selben Adsorber veranlaßt, wird auf eine Weise gewährleistet, daß die Adsorberventile während eines Arbeitszyklusses der Druckwechseladsorptionsanlage nur einmal öffnen und schlie ßen. Unter Arbeitszyklus wird dabei der Ablauf (die Voll endung) der Arbeitstakte in allen Adsorbern der Anlage ver standen.Appropriately, everyone is at one work cycle effective adsorber valves of both valve blocks with one single common control valve in connection. There a Control valve a work cycle only in the same Causes adsorber is guaranteed in a way that the adsorber valves during a working cycle of Open and close the pressure swing adsorption system only once eat. The process (the full end) of the work cycles in all adsorbers of the system stood.

Weist die Druckwechseladsorptionsanlage beispielsweise drei Adsorber auf, so ist ein Arbeitszyklus nach drei Arbeits takten abgelaufen, d. h. in allen drei Adsorbern hat je weils ein Adsorptionsprozeß stattgefunden. Im Rahmen eines solchen Arbeitszyklusses öffnet und schließt dabei ein Ad sorberventil somit nur einmal.For example, the pressure swing adsorption system has three Adsorber on, so is a work cycle after three work clock expired, d. H. in all three adsorbers because an adsorption process took place. As part of a such a work cycle opens and closes an ad sorber valve therefore only once.

In den Fällen, in denen ein Adsorber vor einem Adsorptions prozeß gespannt (wiederaufgedrückt) wird, gehört auch dieser Bespannungsvorgang neben dem Adsorptions-, Desorptions- und Spülprozeß und zu dem jeweiligen Arbeitstakt. In einem sol chen Fall stehen bei einem Arbeitstakt auch die beim Spülen und/oder Bespannen eines Adsorbers wirksamen Adsorberven tile mit dem gemeinsamen Steuerventil in Verbindung. In cases where an adsorber is before an adsorption the process is stretched (repressed), this also belongs Covering process in addition to the adsorption, desorption and Flushing process and the respective work cycle. In a sol In the case of a work cycle, there are also those for rinsing and / or covering an adsorber with effective adsorber veins tile in connection with the common control valve.

Die Steuerventile sind in der Regel als Magnetventile aus gebildet. Sie sind mit einem elektronischen Impulsgeber verbunden, von dem sie einen elektrischen Impuls erhalten, wodurch sie öffnen oder schließen. Die Zahl der Steuer ventile für beide Ventilblöcke entspricht der Zahl der zu der Druckwechseladsorptionsanlage gehörenden Adsorber. Mit dem Öffnen eines Steuerventiles wird ein Arbeitstakt ausge löst, wodurch ein Adsorptionsprozeß in einem bestimmten Adsorber, ein Desorptionsprozeß in einem anderen Adsorber und gegebenenfalls ein Spül- oder Bespannungsprozeß in einem dritten Adsorber beginnt.The control valves are usually made as solenoid valves educated. They are with an electronic pulse generator connected, from which they receive an electrical impulse, whereby they open or close. The number of tax valves for both valve blocks corresponds to the number of the adsorber belonging to the pressure swing adsorption system. With opening a control valve triggers a work cycle triggers, causing an adsorption process in a particular Adsorber, a desorption process in another adsorber and optionally a rinsing or clothing process in one third adsorber begins.

Embodiment

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung ist das Schema einer Druckwechseladsorptionsanlage mit 3 Adsorbern dargestellt.The invention is illustrated below using an exemplary embodiment explained in more detail. In the accompanying drawing that is Scheme of a pressure swing adsorption system with 3 adsorbers shown.

In der Druckwechseladsorptionsanlage soll Sauerstoff mit einer Konzentration von etwa 90 Vol.-% aus der Luft gewon nen werden. Der gewonnene Sauerstoff soll in dem Sauerstoff behälter einen relativ hohen Druck aufweisen (oberhalb 0,4 MPa).In the pressure swing adsorption system, oxygen is supposed to a concentration of about 90 vol .-% from the air be. The oxygen obtained should be in the oxygen containers have a relatively high pressure (above 0.4 MPa).

Die Anlage besitzt 3 Adsorber, nämlich den ersten Adsorber 1, den zweiten Adsorber 2 und den dritten Adsorber 3, die ver tikal nebeneinander angeordnet sind. Diese 3 Adsorber bil den eine Adsorbergruppe. Mit der oberen Seite der 3 Adsor ber 1, 2, 3 steht der obere Ventilblock 4 und mit der unte ren Seite der Adsorber der untere Ventilblock 5 über Adsor bergasleitungen in Verbindung. Dabei führen die erste Ad sorbergasleitung 6 von dem oberen Teil des ersten Adsorbers 1, die zweite Adsorbergasleitung 7 von dem oberen Teil des zweiten Adsorbers 2 und die dritte Adsorbergasleitung 8 von dem oberen Teil des dritten Adsorbers 3 jeweils in den oberen Ventilblock 4 hinein. Andererseits führen die vierte Adsorbergasleitung 9 von dem unteren Teil des ersten Adsor bers 1, die fünfte Adsorbergasleitung 10 von dem unteren Teil des zweiten Adsorbers 2 und die sechste Adsorbergas leitung 11 von dem unteren Teil des dritten Adsorbers 3 in den unteren Ventilblock 5 hinein. Die 3 Adsorber 1, 2, 3 sind auf diese Weise über Adsorbergasleitungen an den Sei ten des Gaseinlasses und des Gasaustrittes mit den beiden Ventilblöcken 4, 5 verbunden.The system has 3 adsorbers, namely the first adsorber 1 , the second adsorber 2 and the third adsorber 3 , which are arranged vertically side by side. These 3 adsorbers form an adsorber group. With the upper side of the 3 adsor 1 , 2 , 3 is the upper valve block 4 and with the lower side of the adsorber the lower valve block 5 via adsor gas pipes. The first Ad sorbergasleitung 6 from the upper part of the first adsorber 1 , the second adsorber gas line 7 from the upper part of the second adsorber 2 and the third adsorber gas line 8 from the upper part of the third adsorber 3 each into the upper valve block 4 . On the other hand, the fourth adsorber gas line 9 lead from the lower part of the first adsorber 1 , the fifth adsorber gas line 10 from the lower part of the second adsorber 2 and the sixth adsorber gas line 11 from the lower part of the third adsorber 3 into the lower valve block 5 . The 3 adsorbers 1 , 2 , 3 are connected in this way via adsorber gas lines at the sides of the gas inlet and the gas outlet with the two valve blocks 4 , 5 .

Der obere Ventilblock 4 und der untere Ventilblock 5 weisen im Prinzip die gleiche konstruktive Gestaltung auf, unter schiedlich ist die Anzahl der in ihnen angeordneten Adsor berventile und die Art der zugeführten Gase. Darüber hinaus sind nur in dem oberen Ventilblock 4 Druckausgleichventile vorgesehen, die jedoch aus Gründen der besseren Übersicht lichkeit in der Zeichnung nicht dargestellt sind.The upper valve block 4 and the lower valve block 5 have in principle the same structural design, under different is the number of borescent valves arranged in them and the type of gases supplied. In addition, 4 pressure compensation valves are provided only in the upper valve block, which are however not shown in the drawing for reasons of clarity.

In den beiden Ventilblöcken 4, 5 sind in den Adsorbergas leitungen 6, 7, 8, 9, 10, 11 die den jeweiligen Adsorbern 1, 2, 3 zugeordneten Adsorberventile angeordnet. So sind in dem oberen Ventilblock 4 in der ersten Adsorbergasleitung 6 und in dem unteren Ventilblock 5 in der vierten Abgasleitung 9 die dem ersten Adsorber 1 zugeordneten Adsorberventile vor gesehen. In der zweiten Adsorbergasleitung 7 sind in dem oberen Ventilblock 4 und in der fünften Adsorbergasleitung 10 sind in dem unteren Ventilblock 5 die zu dem zweiten Ad sorber 2 gehörenden Adsorberventile angeordnet. Schließlich sind in dem oberen Ventilblock 4 in der dritten Adsorbergas leitung 8 und in dem unteren Ventilblock 5 in der sechsten Adsorbergasleitung 11 die dem dritten Adsorber 3 zugeordne ten Adsorberventile vorgesehen. Dabei sind in dem oberen Ventilblock 4 in jeder Adsorbergasleitung drei Adsorberven tile und in dem unteren Ventilblock 5 in jeder Adsorbergas leitung zwei Adsorberventile jeweils hintereinander ange ordnet, so daß der obere Ventilblock 4 neun und der untere Ventilblock 5 sechs Adsorberventile aufweist. Diese insge samt 15 Adsorberventile sind als Membranventile ausgebildet, welche durch Steuergas beaufschlagt werden. In the two valve blocks 4 , 5 in the adsorber gas lines 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11, the adsorber valves assigned to the respective adsorbers 1 , 2 , 3 are arranged. Thus, the adsorber valves assigned to the first adsorber 1 are seen in the upper valve block 4 in the first adsorber gas line 6 and in the lower valve block 5 in the fourth exhaust line 9 . In the second adsorber gas line 7 in the upper valve block 4 and in the fifth adsorber gas line 10 , the adsorber valves belonging to the second adsorber 2 are arranged in the lower valve block 5 . Finally, the adsorber valves assigned to the third adsorber 3 are provided in the upper valve block 4 in the third adsorber gas line 8 and in the lower valve block 5 in the sixth adsorber gas line 11 . It is in the upper valve block 4 in each adsorber gas line three Adsorberven tile and in the lower valve block 5 in each adsorber gas line two adsorber valves one behind the other, so that the upper valve block 4 has nine and the lower valve block 5 has six adsorber valves. This total of 15 adsorber valves are designed as diaphragm valves, which are acted upon by control gas.

Die 3 Adsorbergasleitungen 6, 7, 8 führen von oben her in den oberen Ventilblock 4 hinein, ebenso führen die 3 Adsor bergasleitungen 9, 10, 11 von unten her in den unteren Ven tilblock 5 hinein. Die Adsorberventile sind in den beiden Ventilblöcken 4, 5 übereinander in 3 bzw. 2 Ebenen ange ordnet. Die 3 Adsorberventile einer jeden Ebene sind über eine kreuzartige Verzweigung jeweils mit einer Leitung für ein bestimmtes Produktgas verbunden. So sind in dem oberen Ventilblock 4 die 3 Adsorberventile der mittleren Ebene mit der Sauerstoffleitung 12, die 3 Adsorberventile der oberen Ebene mit der Bespannungsgasleitung 13, welche von der Sauerstoffleitung 12 abzweigt, und die 3 Adsorberventile der unteren Ebene mit der Spülgasleitung 14, die ebenfalls von der Sauerstoffleitung 12 abzweigt, verbunden. In dem unteren Ventilblock 5 sind die 3 Adsorberventile der oberen Ebene mit der Luftzuführungsleitung 15 und die 3 Adsorber ventile der unteren Ebene mit der Restgasleitung 16 verbun den.The 3 adsorber gas pipes 6 , 7 , 8 lead from above into the upper valve block 4 , likewise the 3 adsorber gas pipes 9 , 10 , 11 lead from below into the lower valve block 5 . The adsorber valves are arranged in the two valve blocks 4 , 5 one above the other in 3 or 2 levels. The 3 adsorber valves on each level are connected to a line for a specific product gas via a cross-shaped branch. So in the upper valve block 4 are the 3 adsorber valves of the middle level with the oxygen line 12 , the 3 adsorber valves of the upper level with the covering gas line 13 , which branches off from the oxygen line 12 , and the 3 adsorber valves of the lower level with the purge gas line 14 , which are also branches off from the oxygen line 12 , connected. In the lower valve block 5 , the 3 adsorber valves of the upper level are connected to the air supply line 15 and the 3 adsorber valves of the lower level to the residual gas line 16 .

Von der Luftzuführungsleitung 15, welche mit einem Kompres sor in Verbindung steht, zweigt vor dem Druckminderer 17 die erste Steuergasleitung 18 ab, die mit dem Steuergas speicher 19 verbunden ist. Sie ist an ihrem Abzweig von der Luftzuführungsleitung 15 mit einem Rückschlagventil versehen. Die erste Steuergasleitung 18 teilt sich, wobei jeweils eine Teilleitung zu dem ersten Steuerventil 20, zu dem zweiten Steuerventil 21 und zu dem dritten Steuerven til 22 führt. Diese 3 Steuerventile 20, 21, 22 sind als Magnetventile ausgebildet und stehen über elektrische Lei tungen mit dem elektronischen Impulsgeber 23 in Verbindung.From the air supply line 15 , which is connected to a compressor, branches off in front of the pressure reducer 17, the first control gas line 18 , which is connected to the control gas memory 19 . It is provided at its branch from the air supply line 15 with a check valve. The first control gas line 18 divides, with a partial line leading to the first control valve 20 , the second control valve 21 and the third control valve 22 . These 3 control valves 20 , 21 , 22 are designed as solenoid valves and are connected to the electronic pulse generator 23 via electrical lines.

Von dem ersten Steuerventil 20 führt die zweite Steuergas leitung 24 zu jenen Adsorberventilen in den beiden Ventil blöcken 4, 5, die den Adsorptionsprozeß in dem dritten Ad sorber 3 ermöglichen. Die zweite Steuergasleitung 24 ver bindet somit das erste Steuerventil 20 mit dem im unteren Ventilblock 5 in der sechsten Adsorbergasleitung 11 in der oberen Ebene angeordneten Adsorberventil, das mit der Luft zuführungsleitung 15 in Verbindung steht, mit dem im unte ren Ventilblock 5 in der fünften Adsorbergasleitung 10 in der unteren Ebene angeordneten Adsorberventil, das mit der Restgasleitung 16 in Verbindung steht, mit dem im oberen Ventilblock 4 in der zweiten Adsorbergasleitung 7 in der unteren Ebene angeordneten Adsorberventil, das mit der Spül gasleitung 14 in Verbindung steht, mit dem im oberen Ven tilblock 4 in der dritten Adsorbergasleitung 8 in der mitt leren Ebene angeordneten Adsorberventil, das mit der Sauer stoffleitung 12 in Verbindung steht, und schließlich mit dem im oberen Ventilblock 4 in der ersten Adsorbergaslei tung 6 in der oberen Ebene angeordneten Adsorberventil, das mit der Bespannungsgasleitung 13 verbunden ist. Das erste Steuerventil 20 ist daher mit 5 Adsorberventilen verbunden, die in den beiden Ventilblöcken 4, 5 angeordnet sind. Diese 5 Adsorberventile sind in der Zeichnung mit einem Kreuz in einem Kreis versehen. Von dem ersten Steuerventil 20 wird mit Hilfe der genannten Adsorberventile der erste Arbeitstakt gesteuert, welcher den Adsorptionsprozeß im dritten Adsorber 3, den Spülprozeß im zweiten Adsorber 2 und den Bespannungsvorgang im ersten Adsorber 1 beinhaltet. Das zweite Steuerventil 21 ist über die dritte Steuergas leitung 25 mit jenen 5 Adsorberventilen in den beiden Ven tilblöcken 4, 5 verbunden, die den zweiten Arbeitstakt und damit den Adsorptionsprozeß im ersten Adsorber 1, den Be spannungsvorgang im zweiten Adsorber 2 und den Spülprozeß im dritten Adsorber 3 ermöglichen. Die dritte Steuergas leitung 25 führt somit von dem zweiten Steuerventil 21 zu dem im unteren Ventilblock 5 in der vierten Adsorbergaslei tung 9 in der oberen Ebene angeordneten Adsorberventil, das mit der Luftzuführungsleitung 15 in Verbindung steht, zu dem im unteren Ventilblock 5 in der sechsten Adsorbergas leitung 11 in der unteren Ebene angeordneten Adsorberven til, das mit der Restgasleitung 16 in Verbindung steht, zu dem in dem oberen Ventilblock 4 in der dritten Adsorbergas leitung 8 in der unteren Ebene angeordneten Adsorberventil, das mit der Spülgasleitung 14 in Verbindung steht, zu dem im oberen Ventilblock 4 in der ersten Adsorbergasleitung 6 in der mittleren Ebene angeordneten Adsorberventil, das mit der Sauerstoffleitung 12 in Verbindung steht, und schließ lich zu dem im oberen Ventilblock 4 in der zweiten Adsorber gasleitung 7 in der oberen Ebene angeordneten Adsorberven til, das mit der Bespannungsgasleitung 13 verbunden ist. Diese Adsorberventile sind in der Zeichnung mit einem Punkt im Kreis versehen.From the first control valve 20 leads the second control gas line 24 to those adsorber valves in the two valve blocks 4 , 5 , which enable the adsorption process in the third adsorber 3 . The second control gas line 24 thus binds the first control valve 20 with the adsorber valve arranged in the lower valve block 5 in the sixth adsorber gas line 11 in the upper level, which is connected to the air supply line 15 in connection with the valve block 5 in the fifth adsorber gas line 10 arranged in the lower level adsorber valve, which is connected to the residual gas line 16 , with the arranged in the upper valve block 4 in the second adsorber gas line 7 in the lower level adsorber valve, which is connected to the flushing gas line 14 , with the in the upper Ven tilblock 4 in the third adsorber gas line 8 in the middle level arranged adsorber valve, which is connected to the oxygen line 12 , and finally with the device in the upper valve block 4 in the first adsorber gas line 6 arranged in the upper level, the adsorber valve with the covering gas line 13 is connected. The first control valve 20 is therefore connected to 5 adsorber valves which are arranged in the two valve blocks 4 , 5 . These 5 adsorber valves are shown with a cross in a circle in the drawing. The first control valve 20 controls the first work cycle, which includes the adsorption process in the third adsorber 3 , the rinsing process in the second adsorber 2 and the covering process in the first adsorber 1 with the aid of the aforementioned adsorber valves. The second control valve 21 is connected via the third control gas line 25 with those 5 adsorber valves in the two Ven valve blocks 4 , 5 , which the second work cycle and thus the adsorption process in the first adsorber 1 , the loading process in the second adsorber 2 and the flushing process in the third Enable adsorber 3 . The third control gas line 25 thus leads from the second control valve 21 to the device arranged in the lower valve block 5 in the fourth adsorber gas line 9 in the upper level, which is connected to the air supply line 15 to the lower valve block 5 in the sixth adsorber gas Line 11 arranged in the lower level Adsorberven valve, which is connected to the residual gas line 16 , to the arranged in the upper valve block 4 in the third adsorber gas line 8 in the lower level adsorber valve, which is connected to the purge gas line 14 , to which in the upper valve block 4 in the first adsorber gas line 6 arranged in the middle level adsorber valve, which is connected to the oxygen line 12 , and finally Lich to the arranged in the upper valve block 4 in the second adsorber gas line 7 in the upper level adsorber valve, which with the covering gas line 13 is connected. These adsorber valves are marked with a dot in a circle in the drawing.

Das dritte Steuerventil 22 ist über die vierte Steuergaslei tung 26 mit den Adsorberventilen in den beiden Ventilblöcken 4, 5 verbunden, die den dritten Arbeitstakt und damit den Adsorptionsprozeß in dem zweiten Adsorber 2, den Bespan nungsvorgang im dritten Adsorber 3 und den Spülprozeß im ersten Adsorber 1 gestatten. Dies sind die restlichen fünf bisher noch nicht aufgeführten Adsorberventile. Sie sind in der Zeichnung mit einem waagerechten Strich im Kreis ver sehen.The third control valve 22 is connected via the fourth control gas device 26 to the adsorber valves in the two valve blocks 4 , 5 , which are the third working stroke and thus the adsorption process in the second adsorber 2 , the tensioning process in the third adsorber 3 and the flushing process in the first adsorber Allow 1 . These are the remaining five adsorber valves not yet listed. They are shown in the drawing with a horizontal line in a circle.

Die 3 Steuerventile 20, 21, 22 sind als Dreiwegeventile aus gebildet. Dabei dient ein Weg zum Entlüften der Steuergas leitungen 24, 25, 26 in den Fällen, in denen die Steuerven tile 20, 21, 22 geschlossen sind. Die beim Entlüften der Steuergasleitungen 24, 25, 26 entweichende Luft wird zum Kühlen der 3 Steuerventile 20, 21, 22 benutzt.The 3 control valves 20 , 21 , 22 are formed as three-way valves. This is a way to vent the control gas lines 24 , 25 , 26 in the cases where the Steuererven tile 20 , 21 , 22 are closed. The air escaping when the control gas lines 24 , 25 , 26 are vented is used to cool the 3 control valves 20 , 21 , 22 .

Jedes der 3 Steuerventile 20, 21, 22 wirkt gleichzeitig auf 5 Adsorberventile. Ein solches Steuerventil 20, 21, 22 wirkt daher auf die Adsorberventile als gemeinsames Steuer ventil.Each of the 3 control valves 20 , 21 , 22 acts simultaneously on 5 adsorber valves. Such a control valve 20 , 21 , 22 therefore acts on the adsorber valves as a common control valve.

Beim Öffnen der Steuerventile 20, 21, 22 strömt Steuerluft zu den entsprechenden Adsorberventilen und schließt diese. Um ein sicheres Öffnen und Schließen der 3 mit der Luftzu führungsleitung 15 in Verbindung stehenden im unteren Ven tilblock 5 angeordneten Adsorberventile beim Anfahren der Druckwechseladsorptionsanlage zu gewährleisten, sind diese Adsorberventile mit einem Druckverstärker versehen. Diese Druckverstärker bestehen aus einer zweiten Membran, die im Abstand zu der an der Durchtrittsöffnung des Adsorberven tils befindlichen Membran angeordnet ist, und aus einem beweglichen Druckelement, das zwischen den beiden Membranen vorgesehen ist. Die durch Steuergas beaufschlagte Fläche der zweiten Membran ist größer als die Fläche der Durch trittsöffnung des Adsorberventils. Das Druckelement über trägt den auf die zweite Membran ausgeübten Druck auf die an der Durchtrittsöffnung angeordnete Membran. Auf diese Weise reicht beim Anfahren der Anlage bereits ein geringe rer Druck zum Schließen der entsprechenden Adsorberventile aus.When the control valves 20 , 21 , 22 open, control air flows to the corresponding adsorber valves and closes them. In order to ensure a safe opening and closing of the 3 with the air supply line 15 connected in the lower Ven tilblock 5 arranged adsorber valves when starting the pressure swing adsorption system, these adsorber valves are provided with a pressure booster. These pressure intensifiers consist of a second membrane, which is arranged at a distance from the membrane located at the passage opening of the Adsorberven valve, and of a movable pressure element, which is provided between the two membranes. The area of the second membrane acted upon by control gas is larger than the area of the passage opening of the adsorber valve. The pressure element transmits the pressure exerted on the second membrane to the membrane arranged at the passage opening. In this way, a low pressure is sufficient to close the corresponding adsorber valves when starting up the system.

Der Druckminderer 17 verringert den Druck der zugeführten Luft von 0,5 MPa auf 0,44 MPa. Mit diesem Druck wird die Luft in der Luftzuführungsleitung 15 in den unteren Ventil block 5 geführt. Der Druck des Steuergases (Luft) in den Steuergasleitungen 18, 24, 25, 26 beträgt 0,5 MPa.The pressure reducer 17 reduces the pressure of the supplied air from 0.5 MPa to 0.44 MPa. With this pressure, the air in the air supply line 15 is guided into the lower valve block 5 . The pressure of the control gas (air) in the control gas lines 18 , 24 , 25 , 26 is 0.5 MPa.

Beim Betrieb der Druckwechseladsorptionsanlage erfolgt als erster Arbeitstakt der Adsorptionsprozeß in dem dritten Ad sorber 3, der Bespannungsvorgang im ersten Adsorber 1 und der Spülprozeß in dem zweiten Adsorber 2. Hierzu gibt der Impulsgeber 23 mit dem ersten Steuerventil 20 einen elek trischen Impuls, wodurch sich dieses schließt. Dadurch wird der aus der Luftzuführungsleitung 15 und danach aus der ersten Steuergasleitung 18 kommende Steuergasstrom in der zweiten Steuergasleitung 24 unterbrochen. Durch das Schließen des ersten Steuerventils 20 wird die zweite Steuergasleitung 24 drucklos. Dadurch öffnen in den beiden Ventilblöcken 4, 5 die 5 mit der zweiten Steuergasleitung 24 in Verbindung stehenden Adsorberventile. Aus der Luft zuführungsleitung 15 strömt nun Luft durch die sechste Adsorbergasleitung in den dritten Adsorber 3 und unterliegt dort dem Adsorptionsprozeß. An dem oberen Teil des dritten Adsorbers 3 verläßt diesen Sauerstoff mit einer Konzentra tion von 90 Vol.-% durch die dritte Adsorbergasleitung 8. Er tritt in den oberen Ventilblock 4 und dort durch das mit der Sauerstoffleitung 12 in Verbindung stehende geöffnete Adsorberventil durch die Sauerstoffleitung 12 in den Sauer stofftank 29, wo er unter einem Druck von 0,4 bis 0,42 MPa gespeichert und danach in dem gewünschten Maß abgegeben wird.When the pressure swing adsorption system is operating, the adsorption process in the third adsorber 3 , the covering process in the first adsorber 1 and the rinsing process in the second adsorber 2 take place as the first work cycle. For this purpose, the pulse generator 23 with the first control valve 20 an electrical pulse, whereby this closes. As a result, the control gas flow coming from the air supply line 15 and then from the first control gas line 18 is interrupted in the second control gas line 24 . By closing the first control valve 20 , the second control gas line 24 is depressurized. As a result, the 5 in the two valve blocks 4 , 5 open the adsorber valves connected to the second control gas line 24 . Air now flows from the air supply line 15 through the sixth adsorber gas line into the third adsorber 3 and is subject to the adsorption process there. At the upper part of the third adsorber 3, this oxygen leaves with a concentration of 90% by volume through the third adsorber gas line 8 . It enters the upper valve block 4 and there through the open with the oxygen line 12 connected adsorber valve through the oxygen line 12 in the oxygen tank 29 , where it is stored under a pressure of 0.4 to 0.42 MPa and then in the desired Dimension is given.

Ein Teil des Sauerstoffes wird durch die Spülgasleitung 14 in den oberen Ventilblock 4 zurückgeführt. Er tritt durch das in der zweiten Adsorbergasleitung 7 befindliche geöff nete Adsorberventil über die zweite Adsorbergasleitung 7 von oben her in den zweiten Adsorber 2, spült dort das Ad sorptionsmittel und verläßt diesen Adsorber an dessen un terem Teil durch die fünfte Adsorbergasleitung 10. Der nun verunreinigte Sauerstoff (Spülgas) tritt in dem unteren Ventilblock 5 durch das mit der Restgasleitung 16 in Ver bindung stehende geöffnete Adsorberventil und verläßt durch die Restgasleitung 16 die Anlage.Part of the oxygen is returned to the upper valve block 4 through the purge gas line 14 . It passes through the open adsorber valve in the second adsorber gas line 7 via the second adsorber gas line 7 from above into the second adsorber 2 , rinses the adsorbent there and leaves this adsorber at its lower part through the fifth adsorber gas line 10 . The now contaminated oxygen (purge gas) occurs in the lower valve block 5 through the open with the residual gas line 16 in connection with the adsorber valve and leaves the system through the residual gas line 16 .

Ein anderer Teil des gewonnenen Sauerstoffes tritt aus der Sauerstoffleitung 12 durch die Bespannungsgasleitung 13 zu rück in den oberen Ventilblock 4 und danach durch das mit ihr in Verbindung stehende geöffnete Adsorberventil in die erste Adsorbergasleitung 6. Nachfolgend tritt der Sauer stoff in den ersten Adsorber 1. Da in dem unteren Ventil block 5 die in der vierten Adsorbergasleitung 9 angeordne ten Adsorberventile geschlossen sind, verbleibt der Sauer stoff während des ersten Arbeitstaktes in dem ersten Adsor ber 1, wobei sich bis zum Ende des ersten Arbeitstaktes der Druck in diesem Adsorber auf 0,44 MPa erhöht. Dieser Bespannungsvorgang kann auch durch ein außerhalb des oberen Ventilblockes 4 in der Bespannungsleitung 13 angeordnetes, separat angesteuertes Ventil zeitlich begrenzt werden. Aber auch in diesem Fall bleibt die gemeinsame Ansteuerung von 5 Adsorberventilen in den beiden Ventilblöcken 4, 5 erhal ten.Another part of the oxygen obtained emerges from the oxygen line 12 through the covering gas line 13 back into the upper valve block 4 and then through the connected adsorber valve into the first adsorber gas line 6 . The oxygen then enters the first adsorber 1 . Since in the lower valve block 5, the th adsorber valves arranged in the fourth adsorber gas line 9 are closed, the oxygen remains during the first work cycle in the first adsorber 1 , with the pressure in this adsorber being 0 until the end of the first work cycle. 44 MPa increased. This covering process can also be limited in time by a separately controlled valve arranged outside the upper valve block 4 in the covering line 13 . But even in this case, the common control of 5 adsorber valves in the two valve blocks 4 , 5 is maintained.

Während des ersten Arbeitstaktes sind die beiden anderen Steuerventile 21, 22 geöffnet. Dadurch sind die mit diesen Steuerventilen 21, 22 verbundenen 10 Adsorberventile ge schlossen. During the first work cycle, the other two control valves 21 , 22 are open. As a result, the 10 adsorber valves connected to these control valves 21 , 22 are closed.

Der erste Arbeitstakt wird durch einen entsprechenden Im puls des Impulsgebers 23 beendet. Daraufhin öffnet das erste Steuerventil 20, wodurch auch die mit ihm verbundenen 5 Adsorberventile schließen, da in die zweite Steuergaslei tung 24 Steuergas strömt.The first work cycle is ended by a corresponding pulse in the pulse generator 23 . Then the first control valve 20 opens, whereby the 5 adsorber valves connected to it also close, since 24 control gas flows into the second control gas line.

Nach einem Druckausgleich zwischen dem dritten Adsorber 3 und dem zweiten Adsorber 2 veranlaßt der Impulsgeber 23 ein Schließen des zweiten Steuerventiles 21. Damit beginnt der zweite Arbeitstakt. Das Schließen des zweiten Steuerventi les 21 bewirkt ein Entweichen des Steuergases aus der drit ten Steuergasleitung 25 und damit ein Öffnen der mit ihr verbundenen 5 Adsorberventile in den beiden Ventilblöcken 4, 5. In dem ersten Adsorber 1 erfolgt nun der Adsorptions prozeß, im zweiten Adsorber 2 findet der Bespannungsvor gang statt und der dritte Adsorber 3 wird nach seiner Ent lüftung gespült. Der Impulsgeber 23 veranlaßt schließlich durch einen entsprechenden Impuls ein Öffnen des zweiten Steuerventiles 21 und beendet damit den zweiten Arbeitstakt.After pressure equalization between the third adsorber 3 and the second adsorber 2 , the pulse generator 23 causes the second control valve 21 to close. This starts the second work cycle. The closing of the second control valve 21 causes the control gas to escape from the third control gas line 25 and thus to open the 5 adsorber valves connected to it in the two valve blocks 4 , 5 . In the first adsorber 1 , the adsorption process now takes place, in the second adsorber 2 the covering operation takes place and the third adsorber 3 is rinsed after it has been vented. The pulse generator 23 finally causes a corresponding pulse to open the second control valve 21 and thus ends the second working cycle.

Während des zweiten Arbeitstaktes sind das erste Steuerven til 20 und das dritte Steuerventil 22 geöffnet. Dadurch sind die mit diesen beiden Steuerventilen 20, 22 verbunde nen 10 Adsorberventile geschlossen.During the second cycle, the first Steuererven valve 20 and the third control valve 22 are open. As a result, the 10 adsorber valves connected to these two control valves 20 , 22 are closed.

Nach dem Druckausgleich zwischen dem ersten Adsorber 1 und dem dritten Adsorber 3 verursacht der Impulsgeber 23 das Schließen des dritten Steuerventiles 22 und damit das Öff nen der mit ihm über die vierte Steuergasleitung 26 in Ver bindung stehenden 5 Adsorberventile in den beiden Ventil blöcken 4, 5, wodurch der dritte Arbeitstakt ausgelöst wird. Dabei erfolgt der Adsorptionsprozeß in dem zweiten Adsor ber 2, der Bespannungsvorgang in dem dritten Adsorber 3 und der Spülprozeß in dem ersten Adsorber 1. Das von dem Impuls geber 23 ausgelöste Öffnen des dritten Steuerventiles 22 und das damit in Verbindung stehende Schließen der 5 mit ihm verbundenen Adsorberventile beendet den dritten Arbeits takt. Nach einem Druckausgleich zwischen dem zweiten Ad sorber 2 und dem ersten Adsorber 1 steht die Druckwechsel adsorptionsanlage in einem neuen Arbeitszyklus nun wieder für einen weiteren ersten Arbeitstakt zur Verfügung.After the pressure equalization between the first adsorber 1 and the third adsorber 3 , the pulse generator 23 causes the closing of the third control valve 22 and thus the opening of the 5 adsorber valves connected to it via the fourth control gas line 26 in the two valve blocks 4 , 5 , which triggers the third work cycle. The adsorption process takes place in the second adsorber 2 , the covering process in the third adsorber 3 and the rinsing process in the first adsorber 1 . The opening of the third control valve 22 triggered by the pulse transmitter 23 and the associated closing of the 5 adsorber valves connected to it end the third working cycle. After pressure equalization between the second adsorber 2 and the first adsorber 1 , the pressure swing adsorption system is in a new cycle now available for another first cycle.

Der Druckausgleich zwischen den Adsorbern 1, 2, 3 erfolgt dabei jeweils mit Hilfe der im oberen Ventilblock 4 zusätz lich angeordneten Druckausgleichventile. Alle in den bei den Ventilblöcken 4, 5 befindlichen 15 Adsorberventile öff nen und schließen während eines Arbeitszyklusses auf die beschriebene Weise nur einmal.The pressure compensation between the adsorbers 1 , 2 , 3 takes place in each case with the aid of the pressure compensation valves additionally arranged in the upper valve block 4 . All of the 15 adsorber valves located in the valve blocks 4 , 5 open and close only once during a working cycle in the manner described.

In der beschriebenen Anlage werden stündlich den 3 Adsor bern 11,5 m³ Luft zugeführt; pro Stunde werden der Anlage 1,05 m³ Sauerstoff, dessen Druck 0,4 bis 0,42 MPa beträgt, mit einer Reinheit von 90 Vol.-% entnommen.In the system described, the 3 adsor bern 11.5 m ^{3 of} air are fed every hour; 1.05 m ^{3 of} oxygen, the pressure of which is 0.4 to 0.42 MPa, are removed from the plant with an purity of 90% by volume per hour.

Claims

1. Device for controlling the gas streams in a pressure swing adsorption system, which consists of an adsorber group, the adsorbers are connected to valve blocks via adsorber gas lines, the adsorber gas lines in the valve blocks have several adsorber valves and each adsorber valve with a gas line for one in the valve block or out the valve block flowing gas is connected, characterized in that the adsorber group on the side of the gas inlet and gas outlet occurs a common valve block ( 4 , 5 ) is assigned and the effective in one cycle, arranged in both valve blocks ( 4 , 5 ) Adsorber valves are connected via a control gas line ( 24 , 25 , 26 ) with a common control valve ( 20 , 21 , 22 ).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that all effective in a working cycle adsorber valves only with a common control valve ( 20 , 21 , 22 ) are in connection.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that during a work cycle also the rinsing and / or covering an adsorber ( 1 , 2 , 3 ) effective adsorber valves with the common control valve ( 20 , 21 , 22 ) in connection stand.

4. Apparatus according to claim 1 to 3, characterized in that the number of control valves ( 20 , 21 , 22 ) corresponds to the number of adsorbers ( 1 , 2 , 3 ).