DE60027338T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Durchflusssteuerung bei der Druckwechseladsorption - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Durchflusssteuerung bei der Druckwechseladsorption Download PDF

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Description

  • Die Druckwechseladsorption ist ein bekanntes Verfahren zur Zerlegung von großvolumigen Gasgemischen und zur Reinigung von Gasströmen, die geringe Konzentrationen unerwünschter Komponenten enthalten. Das Verfahren wurde für einen breiten Bereich von Betriebsbedingungen, Produktreinheit und Produktgewinnung entwickelt und angepasst. Viele Druckwechseladsorptionssysteme nutzen zwei oder mehr Adsorberbetten, die in einer zyklischen Abfolge betrieben werden, um eine konstante Strömungsgeschwindigkeit des Produktes aufrechtzuerhalten, während die ausgewählten Betten verschiedenen Schritten unterzogen werden, die die Adsorption, die Druckverringerung, die Desorption, die Spülung, den Druckausgleich, das erneute Unterdrucksetzen und andere verwandte Schritte beinhalten. Es sind mehrere Adsorberbetten erforderlich, die zahlreiche Verfahrensschritte verwenden, um eine hohe Reinheit und/oder Gewinnung von wertvollen gasförmigen Produkten wie Wasserstoff, Kohlenstoffoxiden, synthetischem Gas und leichten Kohlenwasserstoffen zu erreichen. Die hohen Kosten zur Erzeugung der Speisegasgemische, die diese wertvollen Komponenten enthalten, und die hohen Reinheitsanforderungen für bestimmte Produkte rechtfertigen in der Regel die Komplexität und den Investitionsaufwand von Mehrbett-Druckwechseladsorptionssystemen.
  • Es wurden eine Reihe von Einbett-Druckwechseladsorptionsverfahren (pressure swing adsorption – PSA) entwickelt und sind in der Technik bekannt. Viele dieser Verfahren arbeiten teilweise bei Drücken unter atmosphärischem Druck und werden als Unterdruckwechseladsorption (vacuum swing adsorption – VSA) oder Vakuum-Druckwechseladsorptionsverfahren (vacuum-pressure swing adsorption – VPSA) beschrieben. In der vorliegenden Patentbeschreibung wird Druckwechseladsorption (PSA) als ein allgemeiner Begriff verwendet, um alle Arten von zyklischen Adsorptionssystemen ungeachtet der Betriebsdruckpegel zu beschreiben.
  • Andere gasförmige Produkte, die für die Gewinnung durch PSA offen sind, erfordern nicht die hohe Reinheit und/oder Gewinnung der oben genannten Produkte. Bei der Gewinnung von Sauerstoff und Stickstoff aus Luft durch PSA ist zum Beispiel ein Produkt mit niedrigerer Reinheit, das 90 bis 95 Vol.% Sauerstoff enthält, für viele Endanwendungen akzeptabel, wobei einfachere PSA-Systeme verwendet werden können, um ein solches Produkt zur Verfügung zu stellen. Diese einfacheren PSA-Systeme haben erheblich geringere Investitions- und Betriebskosten als die vorher beschriebenen Mehrbett-Systeme. Das einfachste dieser PSA-Systeme zur Luftzerlegung nutzt ein einzelnes Adsorberbett in Verbindung mit einem oder mehreren Gasspeicherbehältern, um eine konstante Produktströmung zu ermöglichen und um Gas zur Adsorberspülung und Unterdrucksetzung während des Regenerationsteils des PSA-Zyklus zur Verfügung zu stellen.
  • Die US-A-4 561 865 offenbart ein Einbett-PSA-System, das einen Adsorber und einen Ausgleichstank umfasst, die mit einem Einspeisungskompressor in einem dreistufigen Zyklus betrieben werden. Als erstes wird komprimierte Speiseluft in den Adsorber eingeführt, die den Druck im Adsorber erhöht, wobei gleichzeitig der Adsorber-Abfluss in den Ausgleichstank entnommen wird. Ein Teil des Gases wird vom Ausgleichstank als ein mit Sauerstoff angereichertes Produkt entnommen. Die Adsorber-Einspeisung wird dann unterbrochen, wobei der Adsorber im Gegenstrom (d. h. durch das Adsorber-Einspeisungsende) zur Atmosphäre entlüftet wird. Während dieses Entlüftungsschrittes wird Spülgas vom Ausgleichstank in das Produktende des Adsorbers eingeführt. Bei Beendigung des Entlüftungs/Spülschrittes wird der Druck zwischen dem Adsorber und dem Ausgleichstank durch das Adsorber-Produktende (d. h. im Gegenstrom) ausgeglichen. Die Schritte werden auf zyklische Weise wiederholt. Die US-A-4 511 377 beschreibt eine modulare Vorrichtung, die dieses PSA-Verfahren nutzt.
  • In der US-A-4 892 566 wird ein Einbett-PSA-System beschrieben, das einen Adsorber in Verbindung mit einem Ausgleichstank, einem Einspeisungskompressor und Umschaltventilen verwendet, um eine Reihe von Schritten auszuführen. Als erstes wird komprimierte Luft in den Adsorber eingeführt, die den Druck im Adsorber erhöht, während zur gleichen Zeit Adsorber-Abfluss in den Ausgleichstank entnommen wird. Ein Teil des Gases wird vom Ausgleichstank als ein mit Sauerstoff angereichertes Produkt entnommen. Die Adsorber-Einspeisung wird unterbrochen und der Adsorber-Auslass geschlossen, wobei der Adsorber im Gegenstrom (d. h. durch das Adsorber-Einspeisungsende) zur Atmosphäre entlüftet wird. Das Abschaltventil wird nach dem Lüften geöffnet, um eine Produktströmung vom Ausgleichstank ins Bett zu ermöglichen. Wenn die Produktströmung zum Adsorberbett begonnen hat, kann das Bett entlüftet werden, um einen konstanten Druck aufrechtzuerhalten, mit Speisegas versorgt oder weder entlüftet noch mit Speisegas versorgt werden. Die Strömung des Produktgases zwischen dem Adsorberbett und den Ausgleichstanks kann nach einem anfänglichen Druckausgleich unterbrochen werden, um ein separates, erneutes Unterdrucksetzen zu ermöglichen.
  • Die US-A-5 032 150 offenbart ein Einbett-PSA-Verfahren, das mehrere Gasspeichertanks in einem PSA-Zyklus verwendet, um Luft zu zerlegen. Komprimierte Luft wird von einem Luft-Einspeisungstank in einen mit sauerstoffreichem Gas von einem früheren Zyklus vorgesättigten Adsorber eingespeist, wobei der Adsorber-Abfluss in ein Produkt-Sammeltank geleitet wird, von dem ein Teil des Gases als ein sauerstoffreiches Produkt entnommen wird. Der Adsorber-Auslass wird dann geschlossen und der Druck im Adsorber mit dem Luft-Einspeisungstank ausgeglichen. Als Nächstes wird der Adsorber mit stickstoffreichem Gas aus einem Stickstoff-Produkttank nachgespült, wobei das verdrängte Gas im Luft-Einspeisungstank gespeichert wird. Der Druck des mit Stickstoff gesättigten Adsorbers wird dann im Gegenstrom (d. h. durch das Adsorber-Einspeisungsende) in den Stickstoff-Produkttank verringert. Wenn nötig kann Stickstoff als ein Produkt entnommen werden. Schließlich wird der Adsorber im Gegenstrom mit sauerstoffreichem Gas aus dem Produkt-Sammeltank gespült, um den Stickstoff darin zu verdrängen, und dann im Gegenstrom mit sauerstoffreichem Gas auf Adsorptionsdruck unter Druck gesetzt. Diese Schritte werden auf zyklische Weise wiederholt.
  • In der US-A-5 071 449 wird ein schnelles PSA-System mit Einzelbehälter beschrieben, in dem der Behälter doppelte Adsorptions-Schichten enthält und in wechselnder Weise mit einem kontinuierlichen Speisegas- und zwei kontinuierlichen Produktströmen arbeitet. Ein Produkt-Ausgleichstank wird nicht verwendet. Ein weiteres schnelles PSA-System, das ein einzelnes Adsorptionsmittelbett verwendet und das in einem Zyklus von 30 Sekunden oder weniger arbeitet, wird in der US-A-4 194 892 beschrieben. Der Adsorber-Abfluss fließt optional durch einen Produkt-Ausgleichstank, um Strömungsschwankungen während des Adsorber-Zyklus zu dämpfen.
  • Ein Einbett-PSA-System mit einem Produkt-Ausgleichstank und einem Kompensationstank wird in der US-A-5 370 728 offenbart. Bei der Funktionsweise dieses Systems wird eine komprimierte Lufteinspeisung in das Adsorptionsmittelbett eingeführt und setzt das Bett von einem Zwischendruck auf einen maximalen Adsorptionsdruck unter Druck, wobei das ausströmende Produkt vom Bett in den Produkt-Ausgleichstank entnommen wird. Das Adsorptionsmittelbett wird dann isoliert und im Gleichstrom (d. h. durch das Produktende) in einen Kompensationstank bei dem Zwischendruck verringert. Als Nächstes wird der Druck im Bett weiterhin im Gegenstrom (d. h. durch das Einspeisungsende) auf einen niedrigeren Desorptionsdruck verringert, wobei das Bett im Gegenstrom mit Gas aus dem Produkt-Ausgleichstank gespült wird. Das Bett wird dann im Gegenstrom mit Gas aus dem Kompensationstank auf den Zwischendruck unter Druck gesetzt. Schließlich wird das Bett mit Speiseluft unter Druck gesetzt, wobei die Schritte auf zyklische Weise wiederholt werden.
  • Weitere Einbett-PSA-Verfahren werden in den US-A-4 065 272, US-A-4 477 264, US-A-5 228 888, US-A-5 415 683, US-A-5 658 371, US-A-5 679 134 und US-A-5 772 737 und in JP-A-H9-77 502 und JP-A-H10-1 947 080 sowie in EP-A-0 771 583 beschrieben.
  • Verschiedene der oben zitierten Dokumente offenbaren mehrere Gasspeicher-Tanks, um Spülgas und Gas zum erneuten Unterdrucksetzen zur Verfügung zu stellen. Die US-A-5 370 728, US-A-5 658 371 und EP-A-0 771 583 A1 beschreiben die Verwendung von doppelten Gasspeichertanks in Einbett-Luftzerlegungssystemen zur Sauerstoff-Gewinnung. Ein Tank speichert Leerraumgas oder teilweise Gas zur Druckverringerung mit geringerer Sauerstoff-Reinheit, wobei der andere Tank ein Sauerstoff-Produktgas von höherer Reinheit speichert. Das gespeicherte Gas mit der niedrigeren Sauerstoff-Reinheit wird für ein teilweises erneutes Unterdrucksetzen des Adsorbers verwendet, während ein Teil des gespeicherten Produktgases von höherer Reinheit zum Spülen des Adsorbers verwendet wird. Die US-A-5 032 150 beschreibt die Gewinnung von Stickstoff aus Luft in einem PSA-System, das mehrere Gasspeichertanks verwendet, wobei ein Tank sauerstoffreiches Gas zum Spülen des Adsorbers und der andere Tank ein stickstoffreiches Produkt zum Verdrängen von Sauerstoff aus dem Adsorber speichert, nachdem das Spülen beendet ist.
  • Die US-A-5 486 226 offenbart ein PSA-System, das eine Produktgas-Hinterfüllung nur beim Anlauf oder wenn es einen vorübergehenden Verlust der Produktreinheit gibt verwendet. Die Produktgasströmung vom Adsorberbehälter zu einem Ausgleichstank wird durch ein Rückschlagventil in Reihe mit einem Strömungs-Steuerventil gesteuert, wobei die Strömung in die umgekehrte Richtung durch ein Strömungs-Steuerventil in Reihe mit einem Abschaltventil und dem Rückschlagventil gesteuert wird. Während des normalen Betriebs gibt es keinen Rückfluss vom Ausgleichstank zum Bett. Die Strömungs-Steuerventile werden manuell betätigt, wobei das Abschaltventil 52 als Reaktion auf einen Produktreinheits-Monitor betätigt wird.
  • Die US-A-5 711 787 offenbart mit Bezug auf 1B ein Doppelbett-PSA-Verfahren, bei dem jedes der Betten eine Hauptproduktleitung und eine zusätzliche Produktleitung hat, die mit einer einen Speichertank speisenden Ausgangsleitung verbunden ist. Die Strömung zwischen den Betten und der Ausgangsleitung wird in den jeweiligen Produktleitungen durch Rückschlagventile gesteuert. Das Rückschlagventil in jeder Hauptproduktleitung lässt nur eine Strömung in die Richtung der Ausgangsleitung zu, wobei das Rückschlagventil in jeder zusätzlichen Produktleitung eine Strömung nur in die Richtung der jeweiligen Betten zulässt. Die Hauptproduktleitungen sind stromaufwärts von ihren jeweiligen Rückschlagventilen miteinander verbunden, um einen Druckausgleich der Betten (über ein Druckausgleichsventil) und eine Produktgas-Spülung (über ein Spülventil) zu ermöglichen. Die Strömung von der Ausgangsleitung zum Speichertank wird durch ein Produkt-Herstellungsventil gesteuert.
  • Die zusätzlichen Produktleitungen nach US-A-5 711 787 ermöglichen die Strömung des Produktgases von einem Bett durch die Hauptproduktleitung des Bettes und die Ausgangsleitung in das andere Bett, um eine Spülung des Bettes anstatt über das Spülventil bereitzustellen. Anspruch 3 betrifft jedoch im Allgemeinen das Ausströmen von Produktgas vom Speichertank zum Produktende eines Bettes, während das andere Bett Produktgas zur Verfügung stellt.
  • Die EP-A-0 663 229 (entspricht der US-A-5 505 765) offenbart ein Mehrbett-PSA-Verfahren, bei dem ein Ausgleichstank Produktgas von den Betten aufnimmt und einen Produkttank speist. Das Produktgas vom Ausgleichstank strömt durch eine durch Rückschlagventile gesteuerte Spülleitung und stromabwärts angeordnete Öffnungen, sobald der Druck in dem jeweiligen Bett niedriger ist als der im Ausgleichstank. Die Strömung des Produktgases vom jeweiligen Bett zum Ausgleichstank wird durch Schaltventile gesteuert, wobei eine Regenerierung den Druckausgleich zwischen zwei Betten einschließt.
  • Die oben beschriebenen PSA-Verfahren und -Systeme sorgen für eine wirksame Produktion eines angereicherten gasförmigen Produktes aus einem Speisegasgemisch. Diese Verfahren erfordern mehrere Ventile und geeignete Steuerungssysteme, um die Gasströmungsgeschwindigkeit und Strömungsrichtung während der zyklischen Schritte von Adsorption, Druckverringerung, Evakuierung und erneutem Unterdrucksetzen zu steuern. Zukünftige Verbesserungen werden zur breiteren Nutzung dieser PSA-Verfahren und -Systeme ermutigen, wobei solche Verbesserungen die Vereinfachung der Ausrüstung, insbesondere der Gebläse, Ventile und zugehörigen Gasströmungs-Steuerungssysteme beinhalten sollten, die bei den PSA-Verfahren erforderlich sind. Die unten beschriebene und in den beigefügten Ansprüchen definierte Erfindung bietet ein Gasströmungs-Steuerungsverfahren und -System, das besonders bei PSA-Verfahren nützlich ist.
  • Nach einer ersten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Steuerung der Strömung von Gas zwischen einem Adsorberbehälter und einem Gasspeicherbehälter eines Druckwechseladsorptionsverfahrens für die Zerlegung eines unter Druck stehenden Speisegases zur Verfügung, das mindestens eine stärker adsorbierbare Komponente und mindestens eine weniger stark adsorbierbare Komponente enthält, mit den Schritten:
    • (a) Einführung des unter Druck stehenden Speisegases bei einem Einspeisungsdruck in ein Einspeisungsende des Adsorberbehälters, der ein festes Adsorptionsmittel enthält, das bevorzugt die stärker adsorbierbare Komponente adsorbiert, Entnehmen eines ausströmenden Adsorbergases, das mit der weniger stark adsorbierbaren Komponente angereichert ist, von einem Produktende des Adsorberbehälters, und Einführen mindestens eines Teils des ausströmenden Adsorbergases in den Gasspeicherbehälter;
    • (b) Beendigung der Einführung des unter Druck stehenden Einspeisungsgases in den Adsorberbehälter und Druckverringerung des Adsorberbehälters durch Abziehen bzw. Evakuieren von Gas aus dem Einspeisungsende des Adsorberbehälters, wobei es während des Schritts (b) eine Periode eines nichtoffenen Strömungsweges zwischen dem Adsorberbehälter und dem Gasspeicherbehälter gibt;
    • (c) Fortsetzung des Evakuierens von Gas von dem Einspeisungsende des Adsorberbehälters, während gleichzeitig gespeichertes, ausströmendes Adsorbergas vom Gasspeicherbehälter in das Produktende des Adsorberbehälters eingeführt wird, bis der Druck im Adsorberbehälter einen minimalen Adsorberdruck erreicht;
    • (d) Beendigung des Evakuierens des Gases von dem Einspeisungsende des Adsorberbehälters und erneutes Unterdrucksetzen des Adsorberbehälters von dem minimalen Adsorberdruck auf einen Zwischendruck durch Einführen von unter Druck stehendem Speisegas in das Einspeisungsende des Adsorberbehälters, während die Einführung des gespeicherten, ausströmenden Adsorbergases aus dem Gasspeicherbehälter in das Produktende des Adsorberbehälters fortgesetzt wird;
    • (e) erneutes Unterdrucksetzen des Adsorberbehälters auf den Einspeisungsdruck durch Fortsetzen der Einführung des unter Druck stehenden Speisegases in das Einspeisungsende des Adsorberbehälters; und
    • (f) Wiederholung der Schritte (a) bis (e) auf zyklische Weise, wobei Gas vom Adsorberbehälter in den Gasspeicherbehälter strömt, sobald der Differenzdruck zwischen dem Adsorberbehälter und dem Gasspeicherbehälter gleich oder größer ist als ein erster, vorher bestimmter Differenzdruck; Gas vom Adsorberbehälter in den Gasspeicherbehälter strömt, sobald der Differenzdruck zwischen dem Adsorberbehälter und dem Gasspeicherbehälter gleich oder größer ist als ein zweiter, vorher bestimmter Differenzdruck; kein Gas in jeder Richtung zwischen den Behältern strömt, sobald der Differenzdruck zwischen dem Adsorberbehälter und dem Gasspeicherbehälter kleiner ist als der erste Differenzdruck und wenn der Differenzdruck zwischen dem Gasspeicherbehälter und dem Adsorberbehälter kleiner ist als der zweite Differenzdruck.
  • Die Strömung des Gases vom Adsorberbehälter zum Gasspeicherbehälter wird vorzugsweise durch ein erstes Rückschlagventil gesteuert, das in Strömungsverbindung zwischen den Behältern installiert ist, wobei das erste Rückschlagventil typischerweise bei dem ersten Differenzdruck öffnet und eine Gasströmung bei oder über dem ersten Differenzdruck zulässt.
  • Die Strömung des Gases vom Gasspeicherbehälter zum Adsorberbehälter kann durch ein zweites Rückschlagventil gesteuert werden, das in Strömungsverbindung zwischen den Behältern installiert ist, wobei das zweite Rückschlagventil typischerweise bei dem zweiten Differenzdruck öffnet und eine Gasströmung bei oder über dem zweiten Differenzdruck zulässt.
  • Das erste und das zweite Rückschlagventil lassen keine Gasströmung zwischen den Adsorber- und Gasspeicherbehältern zu, sobald der Differenzdruck zwischen den Behältern kleiner ist als der erste Differenzdruck und sobald der Differenzdruck zwischen den Behältern kleiner ist als der zweite Differenzdruck.
  • Ein endgültiges Produktgas kann während Schritt (a) durch Entnehmen eines Teils des ausströmenden Adsorbergases oder alternativ durch Entnehmen eines Teils des gespeicherten, ausströmenden Adsorbergases vom Gasspeicherbehälter gewonnen werden. Ein Teil des gespeicherten, ausströmenden Adsorbergases wird vorzugsweise vom Gasspeicherbehälter als ein endgültiges Produktgas während der Schritte (b), (c), (d) und (e) entnommen.
  • Entsprechend einer zweiten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein System zur Steuerung der Strömung des Gases zwischen einem Adsorberbehälter und einem Gasspeicherbehälter durch ein Verfahren nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Verfügung, wobei das System umfasst:
    • (a) ein erstes Rückschlagventil mit einem Einlass und einem Auslass, wobei das Ventil in Strömungsverbindung zwischen dem Adsorberbehälter und dem Gasspeicherbehälter installiert ist und wobei das erste Rückschlagventil bei dem ersten Differenzdruck öffnet;
    • (b) ein zweites Rückschlagventil mit einem Einlass und einem Auslass, wobei das Ventil in Strömungsverbindung zwischen dem Gasspeicherbehälter und dem Adsorberbehälter installiert ist und wobei das zweite Rückschlagventil bei dem zweiten Differenzdruck öffnet;
    • (c) eine Rohranordnung, die den Einlass des ersten Rückschlagventils mit dem Adsorberbehälter und den Auslass des ersten Rückschlagventils mit dem Gasspeicherbehälter verbindet;
    • (d) eine Rohranordnung, die den Einlass des zweiten Rückschlagventils mit dem Gasspeicherbehälter und den Auslass des zweiten Rückschlagventils mit dem Adsorberbehälter verbindet;
    • (e) einen dritten Behälter (d. h. einen zusätzlichen Gasspeicherbehälter);
    • (f) ein drittes Rückschlagventil mit einem Einlass und einem Auslass, wobei das Ventil in Strömungsverbindung zwischen dem Gasspeicherbehälter und dem dritten Behälter installiert ist;
    • (g) eine Rohranordnung, die den Einlass des dritten Rückschlagventils mit dem Gasspeicherbehälter und den Auslass des dritten Rückschlagventils mit dem dritten Behälter verbindet, wobei eine Gasströmung vom Gasspeicherbehälter in den dritten Behälter ermöglicht wird.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein System zur Steuerung der Strömung des Gases zwischen einem Adsorberbehälter und einem Gasspeicherbehälter durch ein Verfahren nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren umfasst:
    • (a) ein erstes Rückschlagventil mit einem Einlass und einem Auslass, wobei das Ventil in Strömungsverbindung zwischen dem Adsorberbehälter und dem Gasspeicherbehälter installiert ist und wobei das erste Rückschlagventil bei dem ersten Differenzdruck öffnet;
    • (b) ein zweites Rückschlagventil mit einem Einlass und einem Auslass, wobei das Ventil in Strömungsverbindung zwischen dem Gasspeicherbehälter und dem Adsorberbehälter installiert ist und wobei das zweite Rückschlagventil bei dem zweiten Differenzdruck öffnet;
    • (c) eine Rohranordnung, die den Einlass des ersten Rückschlagventils mit dem Adsorberbehälter und den Auslass des ersten Rückschlagventils mit dem Gasspeicherbehälter verbindet; und
    • (d) eine Rohranordnung, die den Einlass des zweiten Rückschlagventils mit dem Gasspeicherbehälter und den Auslass des zweiten Rückschlagventils mit dem Adsorberbehälter verbindet;
    • (e) einen dritten Behälter (d. h. einen zusätzlichen Gasspeicherbehälter);
    • (f) ein drittes Rückschlagventil mit einem Einlass und einem Auslass, wobei der Auslass in Strömungsverbindung mit dem dritten Behälter installiert ist;
    • (g) eine Rohranordnung, die den Auslass des dritten Rückschlagventils mit dem dritten Behälter verbindet, um eine Strömung eines Teils des ausströmenden Adsorbergases vom ersten Rückschlagventil in den dritten Behälter zu ermöglichen.
  • Das Verfahren der Erfindung steuert die Strömung des Gases zwischen Behältern in einem PSA-Verfahren während der zyklischen Schritte zur Einspeisung, Evakuierung, Spülung und zum erneuten Unterdrucksetzen, um ein endgültiges Gasprodukt zur Verfügung zu stellen, das mit einem der Speisekomponenten angereichert ist. Das Verfahren wird nach einem einfachen System ausgeführt, das ein einfaches Zweiweg-Vieröffnungs-Ventil zur Steuerung der Gasströmung zwischen einem Adsorberbehälter und einem Gebläse nutzt, wobei das Gebläse für die Einführung von Speisegas in den Adsorber und für die Evakuierung von Gas aus dem Adsorber verwendet wird. Die Steuerung der Gasströmung in jeder Richtung zwischen dem Adsorberbehälter und einem Produktgas-Speicherbehälter wird durch zwei Rückschlagventile durchgeführt, die parallel zwischen dem Behälter und dem Behälter installiert sind. Das System funktioniert damit mit nur zwei mechanischen Antriebseinrichtungen – eine zum Betreiben des Zweiweg-Vieröffnungs-Ventils und eine zum Betreiben des Gebläses. Die Rückschlagventile zwischen dem Adsorber- und dem Gasspeicherbehälter werden direkt und automatisch durch den Gas-Differenzdruck zwischen dem Adsorber- und dem Gasspeicherbehälter aktiviert.
  • Die vorliegende Erfindung stellt außerdem ein Druckwechseladsorptionssystem für die Zerlegung eines unter Druck stehenden Speisegases zur Verfügung, das mindestens eine stärker adsorbierbare Komponente und mindestens eine weniger stark adsorbierbare Komponente enthält, wobei das System umfasst:
    einen Adsorberbehälter für die Aufnahme eines festen Adsorptionsmittels, das bevorzugt die stärker adsorbierbare Komponente adsorbiert;
    einen ("ersten") Gasspeichertank;
    eine Einspeisungsanordnung für unter Druck gesetztes Gas für die Einführung eines unter Druck gesetzten Einspeisungsgases bei einem Einspeisungsdruck in ein Einspeisungsende des Adsorberbehälters;
    eine Entnahmeanordnung für ausströmendes Gas zum Entnehmen eines ausströmenden Adsorbergases, das mit der weniger stark adsorbierbaren Komponente angereichert ist, von einem Produktende des Adsorberbehälters und für die Einführung mindestens eines Teils des ausströmenden Adsorbergases in den Gasspeichertank;
    eine Gasevakuierungsanordnung, um den Druck in dem Adsorberbehälter durch Evakuieren von Gas aus dem Einspeisungsende des Adsorberbehälters zu verringern;
    eine Gasspülungs- und Wiederunterdrucksetzungsanordnung für die Einführung von gespeichertem, ausgeströmten Adsorbergas von dem Gasspeichertank in das Produktende des Adsorberbehälters;
    dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmeanordnung für das ausgeströmte Gas ein Rückschlagventil aufweist, das bei einem ersten, vorher bestimmten Differenzdruck öffnet, so dass ausgeströmtes Gas von dem Adsorberbehälter zu dem Speichertank strömen kann, sobald der Druck zwischen dem Adsorberbehälter und dem Gasspeichertank gleich oder größer ist als der erste Differenzdruck;
    und dass die Gasspülungs- und Wiederunterdrucksetzungsanordnung ein zweites Rückschlagventil aufweist, das bei dem zweiten, vorher bestimmten Differenzdruck öffnet, so dass ausgeströmtes Gas von dem Speichertank zu dem Adsorberbehälter strömen kann, sobald der Differenzdruck zwischen dem Speichertank und dem Adsorberbehälter gleich oder größer ist als der zweite, vorher bestimmte Differenzdruck.
  • In den hier angegebenen Beschreibungen der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, stehen die folgenden Bedeutungen mit den spezifischen, verwendeten Begriffen im Zusammenhang.
  • Ein Einspeisungsschritt findet während der Zeit statt, in der unter Druck stehendes Speisegas in den Adsorberbehälter eingeführt wird. Druckverringerung wird als die Entnahme von Gas aus dem Adsorberbehälter, begleitet vom Absinken des Adsorberdrucks, definiert. Die Druckverringerung kann durch Abziehen des Gases von einem überatmosphärischen Druck direkt in die Atmosphäre oder alternativ in einen anderen Verfahrensbehälter oder ein anderes umschlossenes Volumen erreicht werden, das sich auf einem niedrigeren Druck befindet. Die Druckverringerung kann auch durch Evakuierung erreicht werden, die als die Entnahme von Gas aus dem Adsorber durch mechanische Anordnungen wie eine Unterdruckpumpe oder ein Gebläse definiert wird. Die Evakuierung kann über einem beliebigen Bereich von Adsorberdrücken ausgeführt werden, wird aber typischerweise bei unteratmosphärischen Drücken, d. h. bei Unterdruck ausgeführt. Das erneute Unterdrucksetzen wird als die Einführung von Gas in den Adsorberbehälter, begleitet von einem steigenden Adsorberdruck, definiert.
  • Spülung wird als die Einführung eines Spülgases, typischerweise Produktgas, in ein Ende des Adsorbers definiert, während ein ausströmendes Gas vom anderen Ende des Behälters entnommen wird. Die Spülung kann bei einem beliebigen Druck ausgeführt werden, ist aber bei unteratmosphärischen Drücken am wirksamsten. Die Spülung kann während der Druckverringerung, der Evakuierung oder dem erneuten Unterdrucksetzen ausgeführt werden, wobei damit der Adsorberdruck während eines beliebigen Teils eines Spülschrittes ansteigen, abnehmen oder konstant bleiben kann. Vorzugsweise wird, wie unten beschrieben ist, die Spülung während des letzteren Teils des Schrittes zur Druckverringerung oder zur Evakuierung ausgeführt.
  • Der Differenzdruck (oder alternativ die Druckdifferenz) wird als die positive Differenz des Gasdrucks zwischen einem Behälter oder Tank bei einem höheren Druck und einem Behälter oder Tank bei einem niedrigeren Druck definiert. Der Differenzdruck wird auch als die positive Differenz des Gasdrucks zwischen dem Einlass und dem Auslass eines Rückschlagventils definiert. Der Öffnungsdifferenzdruck eines Rückschlagventils ist die Differenz des Drucks zwischen dem Einlass und dem Auslass, die erforderlich ist, um das Ventil zu öffnen und die Gasströmung vom Einlass zum Auslass zu ermöglichen.
  • Leerraumgas wird als nicht adsorbiertes Gas definiert, das im Zwischenraum- oder interpartikulären Volumen im Adsorberbehälter enthalten ist, und Gas im toten Volumen der Rohrleitung und des Behälters aufweist, das nicht durch das Adsorptionsmittel eingenommen wird.
  • Der Teil des vom Adsorberbehälter ausströmenden Adsorbergases, das auch als Adsorber-Produktgas definiert werden kann, wird in einem Produktgas-Speicherbehälter gespeichert. Für einen externen Verbrauch entnommenes Gas wird als ein Produktgas (oder alternativ als ein Gasprodukt) definiert, wobei dieses Produktgas durch Entnahme vom Produktgas-Speicherbehälter oder als ein Teil des Adsorber-Produktgases zugeführt werden kann.
  • Das folgende ist eine Beschreibung, die nur beispielhaft ist und Bezug auf die begleitenden Zeichnungen der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung nimmt. In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 ein schematisches Strömungsdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine grafische Darstellung von Adsorber- und Gasspeicherbehälter-Drücken als eine Funktion der Zeit für ein Verfahrenszyklus der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ein schematisches Strömungsdiagramm eines alternativen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
  • Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt im Druckwechseladsorptionssystem ausgeführt, das schematisch in 1 gezeigt wird. Speisegas und Evakuierungs-Abgas (wird später definiert) strömen durch die Einlass-/Entlüftungsleitung 1, die mit einem Schalldämpfer 3 verbunden ist, der die Geräusche des einströmenden und ausströmenden Gases verringert. Die Leitung 5, durch die Gas in jede Richtung strömt, ist mit einem Zweiweg-Vieröffnungs-Ventil 7 an der Einlass-/Auslassöffnung 7a verbunden. Die Leitung 9, durch die Gas in jede Richtung strömt, verbindet die Einlass-/Auslassöffnung 7b des Zweiweg-Vieröffnungs-Ventils 7 mit dem Gebläse 11. Die Leitung 13, durch die Gas in jede Richtung strömt, verbindet die Einlass-/Auslassöffnung 7c des Zweiweg- Vieröffnungs-Ventils 7 mit dem Gebläse 11. Die Leitung 15, durch die Gas in jede Richtung strömt, verbindet die Einlass-/Auslassöffnung 7d des Zweiweg-Vieröffnungs-Ventils 7 mit dem Einspeisungsende des Adsorberbehälters 17.
  • Das Zweiweg-Vieröffnungs-Ventil 7 kann eine beliebige Art von gewerblich erhältlichen Zweiweg-Vieröffnungs-Ventilen sein, das in zwei Stellungen betätigt werden kann, um Gas in zwei Strömungsrichtungen zu leiten. Dieses Ventil ist typischerweise ein Vieröffnungs-Kugelventil mit einer Doppelwinkel- oder Doppel-L-Kugel, die mit einem elektrischen Umkehrmotor-Betätigungselement mit Bremse betätigt wird. Ventile und Betätigungselemente, die für eine solche Bedienung geeignet sind, sind gewerblich erhältlich und können zum Beispiel von Pittsburgh Brass Manufacturing Co. und von AMSCO Sales Corp. erworben werden.
  • Der Adsorberbehälter 17 enthält Adsorptionsmittel-Material, das selektiv eine oder mehrere der Komponenten in einem Speisegasgemisch adsorbiert, wobei dadurch das nicht adsorbierte Gas mit den verbleibenden Komponenten angereichert wird, wie später erläutert wird. Die Leitung 19, durch die Gas in jede Richtung strömt, ist mit dem Produktende des Adsorberbehälters verbunden.
  • Die Leitung 21, durch die Gas in nur eine Richtung strömt, wie ersichtlich wird, ist mit dem Einlass des Rückschlagventils 23 verbunden. Die Leitung 25, durch die Gas in nur eine Richtung strömt, wie ersichtlich wird, ist mit dem Auslass des Rückschlagventils 23 verbunden. Das Rückschlagventil 23 lässt die Strömung vom Adsorberbehälter 17 zum Gasspeichertank 39 in der gezeigten Richtung nur zu, wenn der Differenzdruck zwischen dem Adsorberbehälter 17 (der höhere Druck) und dem Gasspeichertank 39 (der niedrigere Druck) gleich oder größer ist, als ein vorher bestimmter Wert. Dieser Differenzdruck entspricht dem Öffnungsdifferenzdruck des Rückschlagventils. Wenn der Differenzdruck geringer ist als dieser Wert, ist das Rückschlagventil 23 geschlossen. Dieser vorher bestimmte Wert des Differenzdrucks liegt typischerweise zwischen 0,05 und 1,0 Pfund pro Quadratzoll Differenz (pounds per square inch differential – psid) (0,35 und 7 kPa) und wird durch die Ausführung des spezifischen Rückschlagventils, das bei dieser Bedienung verwendet wird, eingestellt. Die Leitung 29, durch die Gas in jede Richtung strömt, ist mit der Leitung 31 verbunden, durch die Gas zum Einlass des Steuerventils 33 strömt. Die Leitung 35 für das endgültige Gasprodukt ist mit dem Auslass des Steuerventils 33 verbunden. Die Leitung 37, durch die Gas in jede Richtung strömt, ist mit der Leitung 29 und mit dem Gasspeichertank 39 verbunden.
  • Die Leitung 41, durch die Gas nur in eine Richtung strömt, wie ersichtlich wird, ist mit dem Einlass des Rückschlagventils 43 verbunden. Die Leitung 45, durch die Gas nur in eine Richtung strömt, wie ersichtlich wird, ist mit dem Auslass des Rückschlagventils 43 und mit der Leitung 19 verbunden. Das Rückschlagventil 43 lässt die Strömung vom Gasspeichertank 39 zum Adsorberbehälter 17 in der gezeigten Richtung nur zu, wenn der Differenzdruck zwischen dem Gasspeichertank 39 (der höhere Druck) und dem Adsorberbehälter 17 (der niedrigere Druck) gleich oder größer ist als ein vorher bestimmter Wert. Dies ist der Öffnungsdifferenzdruck des Rückschlagventils. Wenn der Differenzdruck geringer ist als dieser Wert, ist das Rückschlagventil 43 geschlossen. Dieser vorher bestimmte Wert des Differenzdrucks liegt typischerweise zwischen 2,0 und 20 psid (14 und 140 kPa) und wird durch die Ausführung des spezifischen Rückschlagventils, das bei dieser Bedienung verwendet wird, eingestellt.
  • Ein alternativer Modus für die Entnahme des endgültigen Produktgases wird in 1 angegeben, wonach das Produkt direkt vom Gasspeichertank 39 über die Leitung 31, das Ventil 33 und die Produktleitung 35 entnommen wird, wie ersichtlich wird.
  • Die Beschreibung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, die das System nach 1 nutzt, wird unten gegeben. Das Verfahren wird durch die Gewinnung von Sauerstoff aus Luft veranschaulicht, wobei das Verfahren aber verwendet werden kann, um andere Gasgemische zu zerlegen, wie später erläutert wird.
  • 1.Lufteinspeisung
  • Atmosphärische Luft, die bevorzugt durch bekannte Verfahren gefiltert wird (nicht dargestellt), um schädliches Staubmaterial zu entfernen, strömt durch die Einlass/Entlüftungsleitung 1, den Schalldämpfer 3, die Leitung 5, das Zweiweg-Vieröffnungs-Ventil 7 über die Öffnungen 7a und 7b und die Leitung 9 in den Einlass des Gebläses 11. Das Gebläse 11, das typischerweise ein Drehflügel-Rootsgebläse ist, komprimiert die Luft auf einen Einspeisungsdruck, der typischerweise in einem Bereich von 18 bis 23 psia (125 bis 160 kPa) liegt. Optional kann ein Nachkühler (nicht dargestellt) hinter dem Gebläse verwendet werden. Das unter Druck stehende Speisegas strömt durch die Leitung 13, das Zweiweg-Vieröffnungs-Ventil 7 über die Öffnungen 7c und 7d und die Leitung 15 in den Adsorberbehälter 17, der Adsorptionsmittel-Material enthält, das selektiv Stickstoff, eine stärker adsorbierbare Komponente in der Lufteinspeisung, adsorbiert. Der Adsorberbehälter 17 befindet sich anfänglich bei einem typischen Zwischendruck von 14,5 bis 15,5 psia (100 bis 107 kPa) als ein Ergebnis eines früheren Schrittes zum erneuten Unterdrucksetzen (wird unten beschrieben), wobei die Drücke im Adsorberbehälter 17 und im Gasspeichertank 39 fast gleich sind, abgesehen vom Differenzdruck, der erforderlich ist, um das Rückschlagventil 23 offen zu halten. Die unter Druck stehende Speiseluft erhöht den Druck im Adsorberbehälter auf den vollen Adsorptionsdruck von 18 bis 23 psia (125 bis 160 kPa) über einen Zeitraum von 13 bis 30 Sekunden. In der atmosphärischen Luft vorhandenes Wasser kann stromaufwärts vom Adsorberbehälter 17 durch bekannte Verfahren entfernt werden oder kann alternativ durch die Verwendung einer Schicht eines Adsorptionsmittels am Adsorber-Einlassende entfernt werden, die bevorzugt Wasser adsorbiert.
  • Wenn die unter Druck stehende Lufteinspeisung durch den Adsorberbehälter geführt wird, wird sie mit Sauerstoff, einer weniger stark adsorbierbaren Komponente der Lufteinspeisung, angereichert. Der mit Sauerstoff angereicherte Adsorber-Abfluss, der typischerweise 85 bis 95 Vol.% Sauerstoff enthält, wird durch die Leitung 19, die Leitung 21, das Rückschlagventil 23 und die Leitung 29 entnommen. Ein Teil des ausströmenden Adsorbergases strömt durch die Leitung 37 in den Gasspeichertank 39, wobei der Rest durch das Strömungssteuerventil 33 und die Leitung 35 geführt wird, um ein endgültiges Sauerstoff-Produktgas zur Verfügung zu stellen.
  • Der Lufteinspeisungsschritt wird fortgesetzt, bis sich das Adsorptionsmittel einem vorher bestimmten Pegel der Stickstoff-Adsorptionsschwelle nähert und bevor ein vollständiges Adsorptions-Gleichgewicht mit der Speiseluft im Adsorber erreicht wird, wobei zu diesem Zeitpunkt der Schritt beendet wird. Die typische Dauer des Lufteinspeisungsschrittes beträgt 13 bis 30 Sekunden.
  • Der Adsorberbehälter 17 enthält ein oder mehrere Adsorptionsmittel, die bevorzugt Stickstoff adsorbieren und damit den Adsorber-Abfluss mit Sauerstoff anreichern. Diese Adsorptionsmittel können aus monovalenten oder bivalenten Kationenaustausch-Zeoliten mit Typ A, Typ X oder Mordenit-Struktur ausgewählt werden. Spezifische Beispiele sind NaX-, NaA-, CaX- und CaA-Zeolite.
  • 2. Evakuierung
  • Der Lufteinspeisungsschritt wird durch Ändern der Stellung des Zweiweg-Vieröffnungs-Ventils 7 beendet, so dass das Gebläse 11 den Adsorberbehälter 17 evakuiert, wobei dadurch Leerraum- und desorbiertes Gas vom Adsorber durch die Leitung 15, das Zweiweg-Vieröffnungs-Ventil 7 über die Öffnungen 7d und 7b, das Gebläse 11 und die Leitung 13 strömen. Kurz nach der Beendigung des Lufteinspeisungsschrittes schließt das Rückschlagventil 23 automatisch, wenn der Differenzdruck zwischen dem Adsorberbehälter 17 (der höhere Druck) und dem Gasspeichertank 39 (der niedrigere Druck) unter einen vorher bestimmten Wert im Bereich von 2 bis 10 psid (15 bis 70 kPa) fällt. Das Rückschlagventil 23 ist daher für die meiste Zeit des Evakuierungsschrittes geschlossen. Das evakuierte Gas strömt durch das Zweiweg-Vieröffnungs-Ventil 7 über die Öffnungen 7c und 7a, die Leitung 5 und den Schalldämpfer 3 und wird in die Atmosphäre durch die Einlass/Entlüftungsleitung 1 abgelassen. Der Adsorberbehälter 17 wird im Gegenstrom evakuiert (d. h. in entgegengesetzter Strömungsrichtung zum Einspeisungsschritt), wobei Stickstoff desorbiert wird, der während des Lufteinspeisungsschrittes adsorbiert wurde, wodurch das Adsorptionsmittel für den nächsten Lufteinspeisungsschritt teilweise regeneriert wird. Die Evakuierung wird fortgesetzt, bis ein Adsorber-Zwischendruck von 4 bis 10 psia (25 bis 70 kPa) erreicht wird.
  • 3. Kombinierte Evakuierung und Spülung
  • Wenn der Differenzdruck zwischen dem Gasspeichertank 39 (der höhere Druck) und dem Adsorberbehälter 17 (der niedrigere Druck) auf einen vorher bestimmten Wert zwischen 2 und 10 psid (15 bis 70 kPa) ansteigt, öffnet das Rückschlagventil 43 automatisch, wobei sauerstoffreiches Produktgas vom Tank 39 in den Adsorberbehälter 17 über die Leitungen 37, 29, 41, 45 und 19 strömt. Diese Gegenstrom-Strömung von Spülgas reinigt das Adsorptionsmittel und desorbiert des Weiteren restlichen Stickstoff. Die Spülgas-Zuführungsrate ist so, dass der Druck im Adsorberbehälter 17 weiter abfällt. Wenn ein vorher bestimmter, minimaler Adsorberdruck von zwischen 4 und 10 psia (25 bis 70 kPa) erreicht ist, wird dieser kombinierte Evakuierungs- und Spülschritt beendet. Die Dauer des Schrittes beträgt typischerweise zwischen 2 und 8 Sekunden. Die Beendigung des Schrittes wird durch Umschalten der Stellung des Zweiweg-Vieröffnungs-Ventils 7 bewirkt, so dass das Gebläse 11 vom Evakuierungsmodus zum früher beschriebenen Einspeisungs-Kompressionsmodus wechselt. Auf Wunsch können die Geschwindigkeit des durch das Rückschlagventil 43 zugeführten Spülgases und die Schaltzeit des Ventils 7 so ausgewählt werden, dass der kombinierte Evakuierungs- und Spülschritt für eine Zeitdauer bei minimalen Adsorberdruck ausgeführt wird.
  • 4.Doppelseitiges erneutes Unterdrucksetzen
  • Das erneute Unterdrucksetzen des Adsorberbehälters 17 wird durch Einführung von komprimierter Speiseluft durch die Leitung 15 eingeleitet, wie vorher beim Lufteinspeisungsschritt beschrieben wurde. Die Luft strömt durch die Einlass/Entlüftungsleitung 1, den Schalldämpfer 3, die Leitung 5, das Zweiweg-Vieröffnungs-Ventil 7 über die Öffnungen 7a und 7b und die Leitung 9 in den Einlass des Gebläses 11. Das Gebläse 11 führt damit Speiseluft mit einem zunehmenden Druck in den Adsorberbehälter 17 ein. Das unter Druck stehende Speisegas strömt durch die Leitung 13, das Zweiweg-Vieröffnungs-Ventil 7 über die Öffnungen 7c und 7d und die Leitung 15 in den Adsorberbehälter 17. Das gespeicherte Produktgas vom Gasspeichertank 39 strömt weiter in den Adsorberbehälter durch die Leitung 37, die Leitung 29, die Leitung 41, das Rückschlagventil 43, die Leitung 45 und die Leitung 19. Wenn der Differenzdruck zwischen dem Gasspeichertank 39 (der höhere Druck) und dem Adsorberbehälter 17 (der niedrigere Druck) auf einen vorher bestimmten Wert zwischen 2 und 10 psid (15 bis 70 kPa) abnimmt, schließt das Rückschlagventil 43 automatisch, wobei der Schritt zum doppelseitigen erneuten Unterdrucksetzen endet. Die Dauer des Schrittes zum doppelseitigen erneuten Unterdrucksetzen beträgt typischerweise 2 bis 8 Sekunden.
  • 5. Erneutes Unterdrucksetzen der Einspeisung
  • Da die Einspeisung von unter Druck stehender Luft fortgesetzt wird, steigt der Druck im Adsorberbehälter auf den Einspeisungsdruck an, wobei zu dieser Zeit der Zyklus beginnend mit dem oben beschriebenen Lufteinspeisungsschritt wiederholt wird. Am Ende dieses Schrittes öffnet das Rückschlagventil 23, wobei das ausströmende Adsorber-Produktgas beginnt, durch die Leitung 19, die Leitung 21, das Rückschlagventil 23, die Leitung 25 und die Leitung 29 zu strömen. Das Rückschlagventil 23 öffnet automatisch, wenn der Differenzdruck zwischen dem Adsorberbehälter 17 (der höhere Druck) und dem Gasspeichertank 39 (der niedrigere Druck) einen vorher bestimmten Wert im Bereich von 0,05 bis 1,0 psid (0,35 bis 7 kPa) erreicht. Ein Teil des Produktgases strömt über die Leitung 37 in den Gasspeichertank 39, wobei der Rest als endgültiges Sauerstoff-Produktgas über die Leitung 31, das Steuerventil 33 und die Leitung 35 entnommen wird.
  • Während der oben beschriebenen Schritte 1 bis 5 wird das endgültige Sauerstoff-Produktgas kontinuierlich durch das Ventil 33 und die Leitung 35 entnommen. Während des Schrittes 1 stellt die gesamte Gasströmung vom Adsorberbehälter 17 durch die Leitungen 19, 21, 25 und 29 dem Speichertank 39 Gas über die Leitung 37 und das endgültige Sauerstoff-Produktgas über die Leitung 35 zur Verfügung. Während der Schritte 2 bis 5 wird das endgültige Sauerstoff-Produktgas vom Gasspeichertank 39 über die Leitungen 37 und 31 entnommen. Während der Schritte 2, 3 und 4 wird Produktgas vom Gasspeichertank 39 über die Leitungen 37, 29, 41, 45 und 19 auch für die Spülung und das erneute Unterdrucksetzen des Adsorberbehälters entnommen. Der Gasspeichertank 39 ist so ausgelegt, dass er ein ausreichendes Volumen hat, um Spülgas und Gas zum erneuten Unterdrucksetzen zur Verfügung zu stellen, während endgültiges Sauerstoff-Produktgas bei gewünschtem Druck und gewünschter Strömungsgeschwindigkeit zur Verfügung gestellt wird.
  • Eine Zusammenfassung des oben beschriebenen PSA-Zyklus wird in Tabelle 1 angegeben, die die Ventilstellung und die Zeitdauer für jeden Zyklusschritt für den oben beschriebenen Zyklus anzeigt. Eine grafische Darstellung der absoluten Drücke im Adsorberbehälter 17 und im Gasspeichertank 39 als eine Funktion der Zeit wird in 2 in Verbindung mit dem unten angegebenen Beispiel gezeigt. Die Zeitachse in 2 ist nicht unbedingt maßstabsgerecht, wobei die Längen der Zyklusschritte nur veranschaulichend gezeigt werden. (Zeiträume nach Fig.2) Zusammenfassung von Zyklus und Ventilstellung Tabelle 1
    Figure 00210001
  • Ventilstellung: O = offen C = geschlossen C* = schließt etwas, nachdem der Schritt 2 beginnt.
  • Die gesamte Zyklus-Zeit vom t0–tf liegt typischerweise im Bereich von 36 bis 94 Sekunden.
  • Nach einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das gesamte ausströmende Adsorbergas über die Leitungen 29 und 37 in den Gasspeichertank 39 eingeführt werden. Das endgültige Produktgas wird direkt vom Gasspeichertank 39 über die Leitung 31, das Ventil 33 und die Produktleitung 35 gemäß 1 optional entnommen. Das Gas für die Spülung und das erneute Unterdrucksetzen des Adsorbers wird vom Tank 39 über die Leitungen 37 und 29 entnommen, wie oben beschrieben ist.
  • Ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in 3 angegeben. Nach diesem Ausführungsbeispiel wird der Gasspeichertank 39 in 1 durch zwei Tanks 47 und 49 ersetzt. Diese Tanks können unterteilte Volumen eines einzelnen Behälters sein, wie gezeigt wird, oder sie können alternativ getrennte Behälter sein, wenn es gewünscht wird. Der Tank 47 steht mit der Leitung 25 über die Leitung 57 in Strömungsverbindung, so dass das ausströmende Adsorbergas in den Speichertank 47 strömen und das gespeicherte Gas vom Speichertank 47 für die Spülung und das erneute Unterdrucksetzen des Adsorberbehälters entnommen werden kann, wie zuvor beschrieben ist. Der Tank 47 stellt Gas für diese Zwecke in einer Weise ähnlich dem Tank 39 nach 1 zur Verfügung, wie zuvor erörtert wurde.
  • Der Tank 47 steht außerdem mit dem Gasspeichertank 49 über die Leitung 51, das Rückschlagventil 53 und die Leitung 55 in einer Einweg-Strömungsverbindung. Das Rückschlagventil 53 öffnet, um die Strömung von gespeichertem, ausströmenden Adsorbergas vom Tank 47 zum Tank 49 nur zuzulassen, wenn der Differenzdruck zwischen dem Tank 47 (der höhere Druck) und dem Tank 49 (der niedrigere Druck) einem vorher bestimmten Wert im Bereich von 0,05 bis 1,0 psid (0,35 und 7 kPa) entspricht oder ihn übersteigt. Wenn der Differenzdruck zwischen dem Tank 47 und dem Tank 49 unter den vorher bestimmten Wert fällt, kann kein Gas vom Tank 47 in den Tank 49 strömen. Typischerweise ist der Öffnungsdifferenzdruck des Rückschlagventils 53 im Wesentlichen der gleiche wie der des Rückschlagventils 25, obwohl sich die Öffnungsdifferenzdrücke der zwei Rückschlagventile unterscheiden können, wenn es gewünscht wird. Das endgültige Produktgas kann über die Leitung 59, das Ventil 33 und die Leitung 35 entnommen werden.
  • Anstatt das Gas vom Tank 47 zum Tank 49 zu übertragen, wie oben beschrieben ist, kann alternativ ein Teil des ausströmenden Adsorbergases von der Leitung 57 direkt in dem Tank 49 über das Rückschlagventil 53 und die Leitung 55 eingeführt werden (nicht dargestellt). Der verbleibende Teil des ausströmenden Adsorbergases wird im Tank 47 gespeichert, wobei dieses Gas nur für die Spülung und das erneute Unterdrucksetzen des Adsorberbehälters verwendet wird. Das endgültige Produktgas würde über die Leitung 59, das Ventil 33 und die Leitung 35 wie oben entnommen werden. In einer weiteren Version dieser Alternative kann das Rückschlagventil 53 zwischen den Leitungen 57 und 59 (nicht dargestellt) anstatt direkt zwischen den Tanks 47 und 49 installiert werden, wie oben beschrieben ist.
  • Diese alternativen Ausführungsbeispiele der Erfindung ermöglichen die Verwendung von Gas mit niedrigerem Druck vom Tank 47 für die Spülung und das erneute Unterdrucksetzen, während das Gas mit dem höheren Druck vom Tank 49 für das endgültige Produktgas genutzt wird. Während der Perioden, in denen gespeichertes Gas entnommen wird, wird der Druck im Tank 47 schneller abfallen als der Druck im Tank 49. Dies ermöglicht eine effizientere Nutzung des verfügbaren, ausströmenden Adsorbergasdrucks als die zuvor beschriebene Nutzung des einzelnen Gasspeichertanks nach 1. Dies ermöglicht außerdem eine bessere Strömungssteuerung des endgültigen Produktgases über das Ventil 33, da der durchschnittliche Druck im Tank 49 höher ist als der Druck in der Version des einzelnen Tanks.
  • Der PSA-Verfahrenszyklus der vorliegenden Erfindung wird oben für die bevorzugte Anwendung der Luftzerlegung zur Sauerstofferzeugung beschrieben. Der Verfahrenzyklus kann auch für die Zerlegung von anderen Gasgemischen durch die Nutzung eines geeigneten Adsorptionsmittels (geeigneter Adsorptionsmittel) und Zykluszeiten verwendet werden. Das Verfahren kann zum Beispiel bei der Gewinnung von mäßig reinem Wasserstoff aus Abgasen der Erdölraffinerie, bei der Trocknung von Luft und bei der Entfernung von schwereren Kohlenwasserstoffen vom Erdgas angewendet werden. Für diese Zerlegung nützliche Adsorptionsmittel umfassen Aktivkohle, Typ A- und X-Zeolite und Mordenit. Das System, wie es beschrieben ist, nutzt einen einzelnen Adsorber, wobei aber mehrere Adsorber parallel verwendet werden können, wenn höhere Produktionsraten erforderlich sind.
  • BEISPIEL
  • Ein PSA-System gemäß 1 wird betrieben, um Sauerstoff aus Luft zu gewinnen, wie oben beschrieben und in Tabelle 1 zusammengefasst wird. Der minimale Differenzdruck zwischen dem Adsorber 17 und dem Gasspeichertank 39, der erforderlich ist, um eine Strömung durch das Rückschlagventil 23 zu ermöglichen, beträgt 0,25 psid (1,7 kPa). Damit beträgt der Öffnungsdifferenzdruck des Rückschlagventils 23 0,25 psid (1,7 kPa). Der minimale Differenzdruck zwischen dem Gasspeichertank 39 und dem Adsorber 17, der erforderlich ist, um eine Strömung durch das Rückschlagventil 43 zu ermöglichen, beträgt 10 psid (69 kPa). Damit beträgt der Öffnungsdifferenzdruck des Rückschlagventils 43 10 psid (69 kPa).
  • Der Zyklus wird in 2 beschrieben, wobei das Druck-Zeit-Profil für den Adsorberbehälter 17 und den Gasspeichertank 39 dargestellt wird. Der Zyklus und der Lufteinspeisungsschritt (1) beginnen zu einem Zeitpunkt t0, an dem der anfängliche Druck im Adsorberbehälter 17 17,0 psia (117 kPa) beträgt. Die Gasströmung durch das System wird fortgesetzt, wie im Lufteinspeisungsschritt (1) oben beschrieben ist, wobei die Ventile in den in Tabelle 1 zusammengefassten Stellungen arbeiten. Da der minimale Differenzdruck, der erforderlich ist, um die Strömung durch das Rückschlagventil 23 aufrechtzuerhalten, 0,25 psid (1,7 kPa) beträgt, ist der Druck im Gasspeichertank 39 bei t0 0,25 psia (1,7 kPa) niedriger als der Druck im Adsorberbehälter 17. Der Druck im Adsorberbehälter 17 steigt näherungsweise linear von t0 bis t1 an, während der Druck im Gasspeichertank 39 langsamer ansteigt, da nur ein Teil des Produktgases in der Leitung 29 durch die Leitung 37 in den Tank 39 strömt.
  • Zum Zeitpunkt t1 (20 Sekunden nach t0), wenn der Adsorberdruck 22 psia (152 kPa) erreicht, wird der Lufteinspeisungsschritt beendet und der Evakuierungsschritt durch Umschalten der Stellung des Einspeisungsventils 7 eingeleitet, wie oben beschrieben ist. Das Gebläse 11 beginnt augenblicklich damit, Evakuierungsgas von dem Adsorberbehälter 17 abzuziehen, wobei der Druck darin rasch abnimmt. Kurz nach dem Zeitpunkt t1 fällt der Differenzdruck zwischen dem Adsorber 17 und dem Tank 39 unter 0,25 psid (1,7 kPa), wobei die Strömung durch das Rückschlagventil 23 unterbrochen wird. Die Evakuierung wird fortgesetzt, wobei der Druck im Adsorber 17 weiter abnimmt. Zur gleichen Zeit wird das endgültige Sauerstoff-Gasprodukt vom Speichertank 39 über die Leitung 31 entnommen, wobei der Druck im Tank langsam abnimmt.
  • Zum Zeitpunkt t2 (30 Sekunden nach t1) endet der Evakuierungsschritt automatisch, wobei der kombinierte Evakuierungs- und Spülschritt beginnt, wenn der Differenzdruck zwischen dem Gasspeichertank 39 und dem Adsorber 17 10 psid (69 kPa) übersteigt. Dies leitet die Strömung von Sauerstoff-Produktgas vom Tank 39 durch das Rückschlagventil 43 und in den Adsorberbehälter 17 ein, wobei dadurch Spülgas in das Produktende des Adsorbers zur Verfügung gestellt wird, während die Evakuierung vom Einspeisungsende des Adsorbers fortgesetzt wird. Der Druck im Adsorber 17 nimmt weiter ab, wenn auch mit etwas langsamerer Geschwindigkeit, wobei der Druck im Speichertank 39 schneller abnimmt, da sowohl das Spülgas als auch das endgültige Produktgas von dort entnommen werden.
  • Zum Zeitpunkt t3 (8 Sekunden nach t2) erreicht der Adsorberbehälter 17 einen Druck von 4,0 psia (28 kPa), wobei der Evakuierungs-/Spülschritt durch Umschalten der Stellung des Zweiweg-Vieröffnungs-Ventils 7 beendet wird, so dass das Gebläse 11 vom Evakuierungsmodus auf den Einspeisungs-Kompressionsmodus wechselt, wie zuvor beschrieben ist. Dieses Umschalten führt komprimierte Einspeisungsluft in das Einspeisungsende des Adsorbers 17 ein, während das Produktgas weiterhin vom Speichertank 39 in den Adsorber strömt, wobei dadurch ein doppelseitiges erneutes Unterdrucksetzen des Adsorbers zur Verfügung gestellt wird. Dieser Schritt wird fortgesetzt, wenn der Druck im Adsorber ansteigt und der Druck im Gasspeichertank abnimmt.
  • Zum Zeitpunkt t4 (4 Sekunden nach t3) endet der Schritt zum doppelseitigen erneuten Unterdrucksetzen automatisch, wobei der Schritt zum erneuten Unterdrucksetzen der Einspeisung beginnt, wenn der Differenzdruck zwischen dem Gasspeichertank 39 und dem Adsorber 17 unter 10 psid (69 kPa) fällt. Dies beendet die Strömung des Sauerstoff-Produktgases vom Tank 39 durch das Rückschlagventil 43 und in den Adsorberbehälter 17, da das Rückschlagventil 43 schließt, wobei das erneute Unterdrucksetzen der Einspeisung fortgesetzt wird, bis der Adsorberdruck den anfänglichen Einspeisungsdruck von 17,0 psia (117 kPa) erreicht. Der Druck im Speichertank 39 nimmt weiter ab, aber mit etwas geringerer Geschwindigkeit, da die Entnahme des endgültigen Sauerstoff-Produktgases durch die Leitung 31 fortgesetzt wird. Zum Zeitpunkt tf (6 Sekunden nach t4) übersteigt der Differenzdruck zwischen dem Adsorber 17 und dem Tank 39 0,25 psid (1,7 kPa), wobei die Strömung durch das Rückschlagventil 23 beginnt. An diesem Punkt wird der Zyklus beginnend mit dem Lufteinspeisungsschritt wiederholt.
  • Während in diesem Beispiel die spezifische Zyklusschritt-Dauer und spezifische Drücke beschrieben wurden, können eine andere Zyklusschritt-Dauer und andere Drücke abhängig von der erforderlichen Produktrate und -Reinheit, der Adsorbergröße, der Umgebungstemperatur und der Art des Adsorptionsmittels verwendet werden. Die relative Dauer und die relativen Drücke in den Hauptsegmenten des PSA-Zyklus nach 2, nämlich im Lufteinspeisungsschritt (t0–t1), in den Evakuierungsschritten (t1–t3) und den Schritten zum erneuten Unterdrucksetzen (t3–tf), werden durch die Umschaltzeiten des Zweiweg-Vieröffnungs-Ventils 7 gesteuert. Die relative Dauer des Evakuierungsschrittes (t1–t2), des Evakuierungs- und Spülschrittes (t2–t3), des Schrittes zum doppelseitigen erneuten Unterdrucksetzen (t3–t4) und des Schrittes zum erneuten Unterdrucksetzen des Produktes (t4–tf) werden durch die Auswahl der Differenzdrücke gesteuert, bei denen die Rückschlagventile 23 und 43 öffnen. Zum Beispiel würde die Auswahl eines höheren Wertes dieses Differenzdrucks für das Rückschlagventil 43 den Evakuierungsschritt und den Schritt zum erneuten Unterdrucksetzen des Produktes verlängern, wobei der Schritt zum doppelseitigen erneuten Unterdrucksetzen und der Evakuierungs- und Spülschritt verkürzt würden. Umgekehrt würde die Auswahl eines niedrigeren Wertes dieses Differenzdrucks für das Rückschlagventil 43 den Evakuierungsschritt und den Schritt zum erneuten Unterdrucksetzen des Produktes verkürzen, wobei der Schritt zum doppelseitigen erneuten Unterdrucksetzen und der Evakuierungs- und Spülschritt verlängert würden.
  • Das oben beschriebene Verfahren wird in einem einfachen System ausgeführt, das ein einzelnes Zweiweg-Vieröffnungs-Ventil nutzt, um die Gasströmung zwischen einem Adsorberbehälter in einem Gebläse zu steuern, wobei das Gebläse für die Einführung von Speisegas in den Adsorber und für die Evakuierung von Gas aus dem Adsorber verwendet wird. Die Steuerung der Gasströmung in jede Richtung zwischen dem Adsorberbehälter und dem Produktgas-Speichertank wird automatisch durch zwei Rückschlagventile durchgeführt, die parallel zwischen dem Behälter und dem Tank installiert sind. Damit funktioniert das System mit nur zwei mechanischen Antriebselementen – eines zum Betätigen des Zweiweg-Vieröffnungs-Ventils und eines zum Betätigen des Gebläses. Die Rückschlagventile zwischen dem Adsorber und dem Gasspeichertank werden direkt und automatisch durch den Gasdifferenzdruck zwischen dem Adsorber und dem Speichertank aktiviert. Die Ausführung des vorliegenden PSA-Systems verringert damit Investitionskosten und erhöht die Betriebszuverlässigkeit im Vergleich mit früheren Systemen, die das gesteuerte mechanische Öffnen und Schließen von zahlreichen Ventilen erfordern, um die Gasströmung während der verschiedenen PSA-Schritte zu leiten.
  • Da nur ein betätigtes Ventil und ein Gebläse erforderlich sind, ist das PSA-System einfach und kompakt. Das einzelne Zweiweg-Vieröffnungs-Ventil wird durch einen einzelnen Zeitgeber gesteuert, der in Kombination mit den Rückschlagventilen die Notwendigkeit für einen komplexeren Mikroprozessor beseitigt, um den Zyklus zu steuern.
  • Die Nutzung von Rückschlagventilen kann angewendet werden, um die Gasströmung zwischen Behältern zu steuern, die zyklischen Druckänderungen in einer beliebigen anderen Art des PSA-Verfahrens unterliegen, und ist nicht auf den oben beschriebenen, spezifischen Einbett-PSA-Zyklus beschränkt. Zusätzlich kann das Verfahren bei anderen Vorgängen verwendet werden, in denen die Gasströmung zwischen Behältern gesteuert werden muss, die zyklischen Druckänderungen unterliegen.
  • Die wesentlichen Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden vollständig in der vorangegangenen Offenbarung beschrieben. Der Fachmann kann die Erfindung verstehen und verschiedene Modifikationen vornehmen, ohne vom Umfang der Ansprüche, die folgen, abzuweichen.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Steuerung der Strömung eines Gases zwischen einem Adsorberbehälter und einem Gasspeicherbehälter eines Druckwechseladsorptionsverfahrens für die Zerlegung eines unter Druck stehenden Speisegases, das wenigstens eine stärker adsorbierbare Komponente und wenigstens eine weniger stark adsorbierbare Komponente enthält, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: (i) Einführung des unter Druck stehenden Speisegases bei einem Einspeisungsdruck in ein Einspeisungsende des Adsorberbehälters, der ein festes Adsorptionsmittel enthält, das bevorzugt die stärker adsorbierbare(n) Komponente(n) adsorbiert, Entnehmen eines ausströmenden Adsorbergases, das mit der/den weniger stark adsorbierbaren Komponente(n) angereichert ist von dem Produktende des Adsorberbehälters, und Einführen mindestens eines Teils des ausströmenden Adsorbergases in den Gasspeicherbehälter; (ii) Beendigung der Einführung des unter Druck stehenden Einspeisungsgases in den Adsorberbehälter und Verringerung des Drucks des Adsorberbehälters durch Abziehen bzw. Evakuieren von Gas aus dem Einspeisungsende des Adsorberbehälters; (iii) Beendigung des Evakuierens des Gases von dem Einspeisungsende des Adsorberbehälters und erneutes Unterdrucksetzen des Adsorberbehälters von einem minimalen Adsorberdruck auf einen Zwischendruck durch Einführen von unter Druck stehendem Speisegas in das Einspeisungsende des Adsorberbehälters, während die Einführung des gespeicherten ausströmenden Adsorbergases aus dem Gasspeicherbehälter in das Produktende des Adsorberbehälters fortgesetzt wird; (iv) erneutes Unterdrucksetzen des Adsorberbehälters auf den Einspeisungsdruck durch Fortsetzen der Einführung des unter Druck stehenden Einspeisungsgases in das Einspeisungsende des Adsorberbehälters; und (v) Wiederholung der Schritte (i) bis (iv) auf zyklische Weise, dadurch gekennzeichnet, dass: die Evakuierung des Gases von dem Einspeisungsende des Adsorberbehälters während des Schrittes (ii) zunächst (Schritt (ii.a)) ohne Einführung des gespeicherten ausströmenden Adsorbergases in den Adsorberbehälters ist und während dieses Schrittes (iia) eine Periode eines nicht-offenen Strömungsweges zwischen dem Adsorberbehälter und dem Gasspeicherbehälter ist und dann (Schritt (ii.b)) fortgesetzt wird, während gleichzeitig gespeichertes ausgeströmtes Adsorbergas aus dem Gasspeicherbehälter in das Produktende des Adsorberbehälters eingeführt wird, bis der Druck in dem Adsorberbehälter den minimalen Adsorberdruck erreicht; und dass die Gasströmung zwischen dem Adsorberbehälters und dem Gasspeicherbehälter durch die Druckdifferenz zwischen den Behältern gesteuert wird, wodurch: jedes Mal dann, wenn der Druck in dem Adsorberbehälters um einen Differenzdruck, der gleich dem oder größer als ein erster vorher bestimmter Differenzdruck ist größer als der im Gasspeicherbehälter ist, Gas automatisch von dem Adsorberbehälter zu dem Gasspeicherbehälter strömt; jedes Mal dann, wenn der Druck in dem Gasspeicherbehälter um einen Differenzdruck, der gleich dem oder größer als ein zweiter vorher bestimmter Differenzialdruck ist größer, als der in dem Adsorberbehälter ist, Gas automatisch von dem Gasspeicherbehälter zu dem Adsorberbehälter strömt, und jedes Mal dann, wenn es keine Druckdifferenz zwischen den Behältern gibt, der Druck in dem Adsorberbehälter um weniger als den ersten Differenzdruck größer als der in dem Gasspeicherbehälter ist oder/und der Druck in dem Gasspeicherbehälter um weniger als den zweiten Differenzdruck, größer als der in dem Adsorberbehälter ist, kein Gas in jeder Richtung zwischen den Behältern strömt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Strömung des Gases von dem Adsorberbehälter zu dem Gasspeicherbehälter durch ein erstes Rückschlagventil gesteuert wird, das in die Strömungsverbindung zwischen den Behältern installiert ist, wobei das erste Rückschlagventil bei dem ersten Differenzdruck öffnet, so dass Gas bei oder über dem ersten Differenzdruck strömen kann.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strömung des Gases von dem Gasspeicherbehälter zu dem Adsorberbehälter durch ein zweites Rückschlagventil gesteuert wird, das in die Strömungsverbindung zwischen den Behältern installiert ist, wobei das zweite Rückschlagventil bei dem zweiten Differenzdruck öffnet, so dass Gas bei oder über dem zweiten Differenzdruck strömen kann.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das erste und das zweite Rückschlagventil parallel zwischen dem Adsorberbehälter und dem Gasspeicherbehälter installiert sind.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Teil des abgeströmten Adsorbergases, das mit der/den weniger stark adsorbierbaren Komponente(n) angereichert ist, während des Schrittes (i) als Produktgas abgezogen wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Teil des gespeicherten abgeströmten Adsorbergases, das mit der/den weniger stark adsorbierbaren Komponente(n) angereichert ist, aus dem Gasspeicherbehälter als Produktgas während des Schrittes (i) abgezogen wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Teil des gespeicherten ausgeströmten Adsorbergases aus dem Gasspeicherbehälter als Produktgas während der Schritte (ii), (iii) und (iv) abgezogen wird.
  8. System zur Steuerung der Gasströmung zwischen einem Adsorberbehälter (17) und einem Gasspeicherbehälter (39) durch ein Verfahren, wie es in Anspruch 1 beansprucht wird, wobei das System aufweist: (a) ein erstes Rückschlagventil (23), das in die Strömungsverbindung zwischen dem Adsorberbehälter (17) und dem Gasspeicherbehälter (39) installiert ist und bei dem ersten Differenzdruck öffnet, so dass Gas automatisch von dem Adsorberbehälter zu dem Gasspeicherbehälter fließen kann, sobald der Druck in dem Adsorberbehälter um einen Differenzdruck, der gleich dem oder größer als der erste vorher bestimmte Differenzdruck, größer als der in dem Gasspeicherbehälter ist; (b) ein zweites Rückschlagventil (43), das in die Strömungsverbindung zwischen dem Gasspeicherbehälter (39) und dem Adsorberbehälter (17) installiert ist und bei dem zweiten Differenzdruck öffnet, so dass Gas automatisch von dem Gasspeicherbehälter zu dem Adsorberbehälter strömen kann, sobald der Druck in dem Gasspeicherbehälter um einen Differenzdruck, der gleich dem oder größer als der zweite vorher bestimmte Differenzdruck ist, größer als der in dem Adsorberbehälter ist; (c) eine Rohranordnung (21, 19 & 25, 29, 37), die den Einlass des ersten Rückschlagventils (23) mit dem Adsorberbehälter (17) und den Auslass des Rückschlagventils (23) mit dem Gasspeicherbehälter (39) verbindet; (d) eine Rohranordnung (41, 29, 37 & 45, 19), die den Einlass des zweiten Rückschlagventils (43) mit dem Gasspeicherbehälter (39) und den Auslass des zweiten Rückschlagventils (43) mit dem Adsorberbehälter (17) verbindet; (e) einen zusätzlichen Gasspeicherbehälter (49); (f) ein drittes Rückschlagventil (53), das in die Strömungsverbindung zwischen dem Gasspeicherbehälter (47) und dem zusätzlichen Gasspeicherbehälter (49) installiert ist; und (g) eine Rohranordnung (51, 55), die den Einlass des dritten Rückschlagventils (53) mit dem Gasspeicherbehälter (47) und den Auslass des Rückschlagventils (53) mit dem zusätzlichen Gasspeicherbehälter (49) verbindet, so dass Gas von dem Gasspeicherbehälter (47) in den zusätzlichen Gasspeicherbehälter (49) fließen kann.
  9. System zur Steuerung der Gasströmung zwischen einem Adsorberbehälter (17) und einem Gasspeicherbehälter (39) durch ein Verfahren, wie es in Anspruch 1 beansprucht wird, wobei das System aufweist, (a) ein erstes Rückschlagventil (23), das in die Strömungsverbindung zwischen dem Adsorberbehälter (17) und dem Gasspeicherbehälter (39) installiert ist und bei dem ersten Differenzdruck öffnet, so dass Gas automatisch von dem Adsorberbehälter zu dem Gasspeicherbehälter strömen kann, sobald der Druck in dem Adsorberbehälter um einen Differenzdruck, der gleich dem oder größer als der erste vorher bestimmte Differenzdruck ist, größer als der im Gasspeicherbehälter ist; (b) ein zweites Rückschlagventil, das in die Strömungsverbindung zwischen dem Gasspeicherbehälter (39) und dem Adsorberbehälter (17) installiert ist und bei dem zweiten Differenzdruck öffnet, so dass Gas automatisch von dem Gasspeicherbehälter zu dem Adsorberbehälter strömen kann, sobald der Druck in dem Gasspeicherbehälter um einen Differenzdruck, der gleich dem oder größer als der zweite vorher bestimmte Differenzdruck ist, größer als der in dem Adsorberbehälter ist; (c) eine Rohranordnung (21, 19 & 25, 29, 37), die den Einlass des ersten Rückschlagventils (23) mit dem Adsorberbehälter (17) und den Auslass des ersten Rückschlagventil (23) mit dem Gasspeicherbehälter (39) verbindet; (d) eine Rohranordnung (41, 29, 37 & 45, 19), die den Einlass des zweiten Rückschlagventils (43) mit dem Gasspeicherbehälter (39) und den Auslass des zweiten Rückschlagventils (43) mit dem Adsorberbehälter (17) verbindet; (e) einen zusätzlichen Gasspeicherbehälter (49); (f) ein drittes Rückschlagventil (53), das in die Strömungsverbindung zwischen dem ersten Rückschlagventil (23) und dem zusätzlichen Gasspeicherbehälter (49) installiert ist; und (g) eine Rohranordnung, die den Einlass des dritten Rückschlagventils (53) mit dem ersten Rückschlagventil (23) und den Auslass des dritten Rückschlagventils mit dem zusätzlichen Gasspeicherbehälter verbindet, so dass ein Teil des ausgeströmten Adsorbergases von dem ersten Rückschlagventil (23) in den zusätzlichen Gasspeicherbehälter (49) als Gas strömen kann.
  10. Druckwechseladsorptionssystem für die Zerlegung eines unter Druck stehenden Einspeisungsgases, das wenigstens eine stärker adsorbierbare Komponente und wenigstens eine weniger stark adsorbierbare Komponente enthält, wobei das System aufweist: einen Adsorberbehälter (17) für die Aufnahme eines festen Adsorptionsmittels, das bevorzugt die stärker adsorbierbare Komponente adsorbiert; einen ("ersten") Gasspeichertank (39); eine Einspeisungsanordnung für unter Druck gesetztes Gas (1, 5, 7a, 7b, 9, 11, 13, 7c, 7d, 15) für die Einführung eines unter Druck gesetzten Einspeisungsgases bei einem Einspeisungsdruck in ein Einspeisungsende des Adsorberbehälters (17); eine Entnahmeanordnung für ausströmendes Gas (19, 21, 25, 29, 37) zum Entnehmen eines ausströmenden Adsorbergases, das mit der weniger stark adsorbierbaren Komponente angereichert ist, von dem Produktende des Adsorberbehälters (17) und für die Einführung wenigstens eines Teils des eingeströmten Adsorbergases in den Gasspeichertank (39); eine Gasevakuierungsanordnung (15, 7d, 7c, 13, 11, 9, 7b, 7a, 5, 3, 1), um den Druck in dem Adsorberbehälter durch Evakuieren von Gas aus dem Einspeisungsende des Adsorberbehälter (17) zu verringern; eine Gasspülungs- und Wiederunterdrucksetzungsanordnung (37, 29, 45, 19) für die Einführung von gespeichertem, ausgeströmten Adsorbergas von dem Gasspeichertank (39), in das Produktende des Adsorberbehälter (17); dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmeanordnung für das ausgeströmte Gas ein Rückschlagventil (23) aufweist, das bei einem ersten, vorherbestimmten Differenzdruck öffnet, so dass ausgeströmtes Gas automatisch von dem Adsorberbehälter (17) zu dem Speichertank (39) strömen kann, sobald der Druck in dem Adsorberbehälter (17) um einen Differenzdruck, der gleich dem oder größer als der erste Differenzdruck ist, größer als der in dem Speichertank (39) ist; und dass die Gasspülungs- und Wiederunterdrucksetzungsanordnung ein zweites Rückschlagventil (43) aufweist, das bei dem zweiten, vorher bestimmten Differenzdruck öffnet, so dass ausgeströmtes Gas automatisch von dem Speichertank (39) zu dem Adsorberbehälter (17) strömen kann, sobald der Druck in dem Speichertank (39) um einen Differenzdruck, der gleich dem oder größer als der zweite vorher bestimmte Differenzdruck ist, größer als der in dem Adsorberbehälter (17) ist.
  11. Druckwechseladsorptionssystem nach Anspruch 10, das weiterhin aufweist: einen zweiten Gasspeichertank (49); ein drittes Rückschlagventil (53), das in die Strömungsverbindung zwischen dem ersten Gasspeichertank (47) und dem zweiten Gasspeichertank (49) installiert ist; weiterhin eine Rohranordnung (51, 55), die den Einlass des dritten Rückschlagventils (53) mit dem ersten Gasspeichertank (47) und den Auslass des dritten Rückschlagventils (43) mit dem zweiten Gasspeichertank (49) verbindet, so dass die Übertragung eines Teils des ausgeströmten Gases von dem ersten Gasspeichertank (47) in den zweiten Gasspeichertank (49) zugelassen wird; und eine Anordnung (59, 33, 35) für die Entnahme des Gases von dem zweiten Gasspeichertank (49) als Produktgas.
  12. Druckwechseladsorptionssystem nach Anspruch 10, das weiterhin aufweist: einen zweiten Gasspeichertank (49); ein drittes Rückschlagventil (53), das in die Strömungsverbindung zwischen dem ersten Rückschlagventil (43) und dem zweiten Gasspeichertank (49) installiert ist; weiterhin eine Rohranordnung, die den Einlass des dritten Rückschlagventils (53) mit dem ersten Rückschlagventil (23) und den Auslass des dritten Rückschlagventils (53) mit dem zweiten Gasspeichertank (49) verbindet, so dass die Gas-Übertragung eines Teils des ausgeströmten Gases von dem ersten Rückschlagventil (23) in den zweiten Gasspeichertank (49) zugelassen wird; und eine Anordnung (59, 33, 35) für die Entnahme von Gas aus dem zweiten Gasspeichertank (49) als Produktgas.
  13. Druckwechseladsorptionssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Einspeisungsanordnung für das unter Druck gesetzte Gas und die Gasevakuierungsanordnung ein gemeinsames Zweiweg-Vieröffnungs-Ventil (7) für die Steuerung der Gasströmung zwischen dem Adsorberbehälter (17) und einem gemeinsamen Gebläse (11) sowohl für die Einführung des Einspeisungsgases in den Adsorber als auch für die Evakuierung des Gases von dem Adsorberbehälter (17) aufweist.
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