DE602004003705T2

DE602004003705T2 - Vorrichtung zur abtrennung mindestens eines bestandteils eines gasförmigen gemischs durch druckwechseladsorption

Info

Publication number: DE602004003705T2
Application number: DE602004003705T
Authority: DE
Inventors: Anne Barbier; Jerôme BRES; Sylvain Fourage; Xavier Vigor
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2024-06-19
Also published as: ATE347925T1; CN100435909C; WO2005005023A2; RU2370306C2; FR2856937A1; ES2279438T3; JP4699362B2; RU2006102971A; FR2856937B1; US20070056442A1; WO2005005023A3; EP1644102B1; US7641719B2; CN1816381A; EP1644102A2; DE602004003705D1; JP2007516058A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Geräte zur Trennung mindestens eines Bestandteils aus einem Gasgemisch des so genannten Typs „PSA" oder „VSA" durch Adsorption mit Druckvariation, umfassend in einem Raum von allgemeiner vertikaler Ausrichtung, umfassend eine obere Kuppel, mindestens eine Adsorbiermittelmasse, die eine erste vertikale Kammer, die das zu trennende Gasgemisch von einer zweiten vertikalen Kammer, die ein getrenntes Gasgemisch sammelt, trennt, wobei eine flexible Wand mit einer allgemeinen horizontalen Ausdehnung an das obere Ende der Adsorbiermittelmasse durch Mittel zum Anlegen eines Drucks angedrückt gehalten wird.
Ein Gerät dieses Typs ist in dem Dokument US-A-5 176 721 (Hay/Vigor) im Namen der Anmelderin beschrieben. Bei diesem Gerätetyp, bei dem die Zirkulation der Gase horizontal erfolgt, trennt die Sammelmembran ein oberes Volumen mit im Wesentlichen konstantem Druck von unteren Volumina, die abwechselnd manchmal erheblichen Druckvariationen ausgesetzt sind. Daraus ergibt sich eine Ermüdungsbelastung der Strukturteile des Geräts (in der Praxis: metallische, mechanisch verschweißte Teile, wie beispielsweise Gitter, Bleche, Platten, Ringe, Röhren, Böden), die eine Überdimensionierung (Dicke, Schweißklasse, Präzision der Einpassungen) erfordern, die die Herstellungs- und Installationskosten erheblich belastet.
Die vorliegende Erfindung soll eine Anordnung eines Geräts vorschlagen, die es ermöglicht, die Herstellungs- und Montagekosten zu verringern, aber auch die bestehenden Gerätebestände umzurüsten, um deren Betriebsdauer wesentlich zu erhöhen.
Dazu umfasst das Gerät nach einem Merkmal der Erfindung Mittel, um den Druck in dem Volumen zwischen der flexiblen Wand und der Kuppel zu steuern.
Nach besonderen Merkmalen der Erfindung:

– das obere Volumen zwischen der flexiblen Wand und der Kuppel ist in Verbindung mit der ersten oder der zweiten Kammer angeordnet,
– das Gerät umfasst ferner Mittel zum Beschweren der flexiblen Wand,
– das Gerät umfasst einen Kanal, der das obere Volumen mit der zweiten Kammer verbindet,
– das Gerät umfasst einen Durchgang zwischen dem Volumen und der ersten Kammer,
– die Adsorbiermittelmasse ist ringförmig, wobei die erste und die zweite Kammer konzentrisch sind.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Druck im oberen Volumen nicht mehr konstant, sondern wird in Abhängigkeit von den Verfahrensdruckwerten im Adsorbiermittel gesteuert, typischerweise im Gleichgewicht mit einem der Betriebsdruckwerte stromaufwärts oder stromabwärts zum Adsorbiermittel, wodurch die Störbelastungen, die bisher von der flexiblen wand auf die übrige Struktur des Geräts übertragen wurden, im Wesentlichen beseitigt werden.
Andererseits kann die Anbringung des Kanals oder des Verbindungsdurchgangs ohne wesentliche Änderung der bestehenden Gerätearchitekturen erfolgen.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsarten hervor, die als darstellende und nicht einschränkende Beispiele angeführt sind und sich auf die beiliegenden Zeichnungen beziehen, wobei:
1 im Vertikalschnitt eine erstes Ausführungsart eines erfindungsgemäßen Geräts darstellt; und
2 im teilweisen Vertikalschnitt eine zweite Ausführungsart eines erfindungsgemäßen Geräts darstellt.
Bei der in 1 dargestellten Ausführungsart ist ein Radialadsorber zu sehen, der in einem zylindrischen Raum 1 mit einer Vertikalachse, der eine obere Kuppel 2 und einen unteren Boden 3 aufweist, mindestens eine ringförmige Adsorbiermittelmasse 4 koaxial zur Achse des Raums 1 aufweist, die eine untere Kammer 5, die von einem perforierten zentralen Rohr 6 koaxial mit der Achse des Raums 1 gebildet ist, von einer Umfangskammer 7 in Verbindung mit dem unteren Volumen des Raums 1 trennt, von der ein Kanal 8 weggeht, um während der Produktionsphase ein gasförmiges Produktionsgemisch abzuleiten, das von einem gasförmigen Versorgungsgemisch, das über das untere Ende des zentralen Rohrs 6 eingeleitet wird, getrennt ist. Während der Regenerationsphase wird die Adsorbiermittelmasse 4 durch ein Gasgemisch gespült, das mit verringertem Druck über dasselbe untere Ende des zentralen Rohrs 6 austritt. Das Adsorbiermittel wird außen gehalten und von der Umfangskammer 7 durch mindestens einen perforierten Ring 15 koaxial mit der Achse des Raums 1 getrennt.
Auf an sich bekannte Weise erstreckt sich eine undurchlässige flexible Wand oder Membran 9 horizontal in dem Raum 1, um die oberen Enden der ringförmigen Kammer 7 der ringförmigen Adsorbiermittelmasse 4 und des zentralen Rohrs 5 abzudecken.
Bei der dargestellten Ausführungsart ist die Membran 9 mit mindestens einem Bett 10 von individuellen oder besonderen Elementen, die einen Ballast bilden, wie beispielsweise Metall-, Glas- oder Keramikkugeln, bedeckt, und der obere Teil des Volumens zwischen der Kuppel 2 und der Membran 9 ist von einer Goldschlägerhaut 11 eingenommen, die über einen äußeren Kanal 12, der durch die Kuppel 2 hindurchgeht, mit dem Erzeugungsgaskanal 8 verbunden ist. Der Kanal umfasst ein elektrisch gesteuertes Ventil 14, das es ermöglicht, den Druck in der Kuppel 2 in Abhängigkeit von Verfahrensparametern zu regeln. Bei dieser Ausführungsart „folgt" der Druck auf dem oberen Teil der Membran 9 im Wesentlichen dem Druck des Erzeugungsgasgemisches, wobei er zu jedem Zeitpunkt des Zyklus nicht geringer als der tatsächliche Maximalverfahrensdruck im Adsorber 4 bleibt.
Als Variante kann der Kanal 12 einfach in den oberen Bereich der Kuppel 2 münden, um direkt das obere Volumen über der Membran 9 unter Druck zu setzen, wobei das Wesentliche dieses Innenvolumens von besonderen Materialien mit einer geringeren Dichte als die besonderen Materialien, die die Membran 9 beschweren und über diesen letztgenannten angeordnet sind.
Bei der Ausführungsart der 2 steht das Volumen über der Membran 9 ständig über mindestens einen geeichten Durchgang 13 mit der Innenkammer 5 in Verbindung und „folgt" somit dem Druck in dieser Innenkammer 5.
Die vorliegende Erfindung ist besonders für Geräte zur Trennung von Bestandteilen der Luft, insbesondere für die Lieferung von Sauerstoff mit einer Reinheit über 90 geeignet. In diesem Fall enthält der Adsorber 4 mindestens einen Zeolith, vorzugsweise vom Typ LSX, vorzugsweise einen LiLSX, wobei die Membran 9 aus dem unter der Bezeichnung „Hypalon" vertriebenen Material und/oder aus Neopren hergestellt ist.

Claims

Gerät zur Trennung mindestens eines Bestandteils aus einem Gasgemisch durch Adsorption mit Druckvariation, umfassend in einem Raum (1) von allgemeiner vertikaler Ausrichtung, umfassend eine obere Kuppel (2), mindestens eine Adsorbiermittelmasse (4), die eine erste vertikale Kammer (5), die das zu trennende Gasgemisch von einer zweiten vertikalen Kammer (7), die ein getrenntes Gasgemisch sammelt, trennt, wobei eine flexible Wand (9) mit einer allgemeinen horizontalen Ausdehnung an das obere Ende der Adsorbiermittelmasse (4) durch Mittel (10, 11) zum Anlegen eines Drucks angedrückt gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass es Mittel (12; 14) umfasst, um den Druck in dem Volumen zwischen der flexiblen Wand (9) und der Kuppel (2) zu steuern.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen zwischen der flexiblen Wand (9) und der Kuppel (2) in Verbindung (12; 13) mit der ersten oder der zweiten Kammer angeordnet ist.
Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner Mittel (10) zum Beschweren der flexiblen Wand (9) umfasst.
Gerät nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Kanal (12) umfasst, der das Volumen mit der zweiten Kammer (7) verbindet.
Gerät nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Durchgang (13) zwischen dem Volumen und der ersten Kammer (5) umfasst.
Gerät nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorbiermittelmasse (4) ringförmig ist, wobei die erste (5) und die zweite Kammer (7) konzentrisch sind.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Trennung von Bestandteilen der Luft, wobei das Adsorbiermittel mindestens einen Zeolith umfasst.