DE69008262T2

DE69008262T2 - Trennung von Gasmischungen.

Info

Publication number: DE69008262T2
Application number: DE69008262T
Authority: DE
Inventors: Michael Ernest Garrett
Original assignee: BOC Group Ltd
Current assignee: BOC Group Ltd
Priority date: 1989-07-19
Filing date: 1990-07-17
Publication date: 1994-08-04
Anticipated expiration: 2010-07-18
Also published as: GB8916510D0; DE69008262D1; US5470379A; EP0409545B1; ZA905573B; EP0409545A2; EP0409545A3

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf die Trennung von Gasmischungen durch semi-permeable Membranen.
Die Verwendung von semi-permeablen Membranen, um Gasmischungen zu trennen, ist zu einer wohlbekannten Technik bei der Herstellung industrieller Gase geworden (GB-A-2 005 152). Bekannte Anlagen für die Trennung einer Gasmischung durch solche Membranen sind aufgebaut, um einen großen Membranoberflächenbereich für die zu trennende Gasmischung darzustellen. Zum Beispiel können solche Anlagen eine Vielzahl identischer, länglicher, hohler Fasern einsetzen, die aus einer geeigneten semi-permeablen Membran gebildet werden und sich parallel zueinander erstrecken. Diese Fasern sind geeignet in einem Druckgefäß angebracht. Die zu trennende Gasmischung wird dem Druckgefäß an oder nahe einem Ende außerhalb der Fasern zugeführt. Sie strömt longitudinal zu den Fasern. Die Innenräume der Fasern werden auf einem Druck gehalten, der geringer ist als derjenige, der auf ihrer Außenseite herrscht. Die Komponenten der Gasmischung diffundieren durch die Membranen bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Eine schnell durchdringende Komponente gelangt mehr und mehr zur Seite geringeren Drucks. Demgemäß wird das Gas auf der Außenseite der Fasern (Seite hohen Drucks) reicher in der langsamer durchdringenden Komponente, während es entlang der Außenseite der Fasern strömt, und ein Produktgas, das in der langsamer diffundierenden Komponente angereichert ist, kann unter Druck dem Ende des Druckgefäßes entgegengesetzt demjenigen, an welchem das Zufuhrgas eingeführt wird, entnommen werden. Das durchdringende Gas ist in der schneller diffundierenden Komponente angereichert. Das durchdringende Gas wird dem Innern der Fasern an dem gleichen Ende entnommen wie demjenigen, an welchem das Zufuhrgas eingeführt wird.
Die Leistung des Membranmaterials kann durch zwei Eigenschaften beschrieben werden, nämlich seiner Permeabilität (oder seinem Fluß) und seiner Selektivität. Der Fluß oder die Permeabilität ist im Grunde die Rate, bei welcher eine permeable Komponente der Mischung durch die Membran diffundiert. Sein absoluter Wert hängt neben anderen Faktoren von der Dicke und dem oberflächenbereich der Membran, der Druckdifferenz über die Membran und der Umgebungstemperatur ab. Die Selektivität der Membran bestimmt das Verhältnis der Permeabilitäten der zwei Komponenten der zu trennenden Gasmischung. Es ist daher wünschenswert, daß bei irgendeiner Trennung die Membran sowohl eine hohe Permeabilität als auch eine große Selektivität besitzt.
Der Bedarf eines industriellen Verfahrens an einem besonderen Gas wird oft hinsichtlich der Reinheit des Gases in seiner Strömungsrate angegeben. Es ist somit für irgendein kommerzielles Gerät zum Zuführen des Gases wünschenswert, in der Lage zu sein, das Produkt bei einer vorbestimmten Reinheit (oder einer maximalen tolerierbaren Verunreinigung) und einer vorbestimmten Strömungsrate herzustellen. Wenn ein Gerät, das semi-permeable Membranen verwendet, verwendet wird, um Stickstoff zuzuführen, indem es ihn von Luft trennt, wird herkömmlicherweise die ankommende Luft nach einer Reinigung bei einem konstanten überatmosphärischen Druck zugeführt, während das durchdringende Gas typischerweise bei näherungsweise atmosphärischem Druck aus dem Gefäß herausströmt. Der Produkt-Stickstoff wird durch ein Strömungssteuerungsventil entnommen, dessen Einstellung die Reinheit des produkts bestimmt. Der Effekt, die Größe des Durchgangs durch das Ventil zu reduzieren, ist, die Strömungsrate des Gases über die Membranen zu reduzieren und damit die durchschnittliche Verweilzeit jedes Gasmoleküls innerhalb des Trennungsgefäßes zu erhöhen. Demgemäß wird den Sauerstoffmolekülen mehr Gelegenheit gegeben, durch die Membran zu diffundieren, und ein reineres Produkt ist gegeben. Ebenfalls wird ein Erhöhen der Größe des Durchgangs durch das Ventil die Strömungsrate eines Produkts erhöhen, jedoch auch sein Verunreinigungsniveau erhöhen, da Sauerstoffmolekülen eine geringere Durchschnittszeit gegeben wird, um durch die Membranen hindurchzudiffundieren. Somit kann in der kommerziellen Praxis dem Strömungssteuerungsventil eine besondere Einstellung gegeben werden, um ein Produkt-Gas bei einer gegebenen Reinheit und einer gegebenen Strömungsrate zu ergeben.
In der Praxis jedoch wird das Gerät nicht tagein, tagaus während eines Betriebs über einen ausgedehnten Zeitraum ein Produktgas gleicher Reinheit herstellen. Es gibt vier Faktoren, die dazu neigen, die Reinheit des Produktgases zu veranlassen, sich zu verändern. Der erste von solchen Faktoren ist die Temperatur, der die Membran ausgesetzt ist. Je höher die Temperatur, desto größer die Durchdringungsrate der Komponenten durch die Membran. Falls dem Membrangefäß eine Luftzufuhr bei einer konstanten Strömungsrate zugeführt wird, zum Beispiel von einem zugeordneten Kompressor, wird dann eine erhöhte Permeabilität die Reinheit des Produkts erhöhen, jedoch seinen Ertrag reduzieren. Falls eine Temperaturveränderung das Resultat sich ändernder Umgebungsbedingungen ist und die Luft (im Fall einer Lufttrennung) durch einen Kompressor zugeführt wird, wird ferner eine ansteigende Temperatur die Massenströmungsrate von Luft, die durch den Kompressor geliefert wird, absenken, auf diese Weise wird die Tendenz einer ansteigenden Temperatur, Produktstickstoff bei einer niedrigeren Strömungsrate zu ergeben, verstärkt werden.
Ein zweiter Faktor, der die Leistung semi-permeabler Membranen beeinträchtigt, ist der Effekt von Verunreinigungen in der Gasmischung. Obwohl in der kommerziellen Praxis darauf achtgegeben wird, eine Zufuhr sauberen Gases zur Seite hohen Drucks der Membranen zu gewährleisten, neigen sogar die saubersten Ströme dazu, einige Verunreinigungsdämpfe oder sogar kleine Partikel zu enthalten, welche sich über einen Zeitraum auf dem Membranmaterial niederlegen und seine Permeabilität veranlassen können, abzunehmen. Solch eine Verunreinigung wird den Effekt haben, dazu zu neigen, das Verunreinigungsniveau im Produktgas zu erhöhen. Ein dritter Faktor ist sich verändernder Luftdruck. Dieser Faktor kann besonders wichtig sein, falls das Membrangefäß so betrieben wird, daß die Ausschußgase bei atmosphärischem Druck entnommen werden. In der Praxis kann atmosphärischer Druck bis zu 5% beidseitig des Mittelwerts von 760 mm Quecksilbersäule variieren. Obwohl der Nettoeffekt solcher Variationen reduziert wird, indem ein relativ hoher Luftzufuhrdruck verwendet wird, kann ihr Effekt nicht vollständig beseitigt werden. Der vierte Faktor ist die Tendenz für die Membranmaterialien selbst, die typischerweise organische Polymere darstellen, einen Alterungseffekt über ihre Lebensdauer im Membrangefäß durchzumachen. Altern ist nicht notwendigerweise ein relativ langsames Phänomen, das sich selbst nur nach einer Dauer von Jahren manifestiert. Der Alterungseffekt kann exponentiell im Charakter sein, wobei die Hauptänderung im frühen Teil der Betriebslebensdauer der Membran vorkommt.
Obwohl die obigen Faktoren durch eine geeignete Einstellung des Strömungssteuerungsventils durch den Bediener gemildert werden können, sind die meisten Membrangastrennungsanlagen für einen unbeaufsichtigten Betrieb konstruiert. Darüber hinaus können Effekte wie beispielsweise Umgebungstemperaturänderungen ziemlich schnell sein und über ein paar Stunden vorkommen, was häufige Bedieneraufmerksamkeit für die Ventileinstellung notwendig machen würde. Verschiedene Methoden sind vorgeschlagen worden, um diese Faktoren zu kompensieren, wie beispielsweise ein Verwenden einer Temperatursteuerungsvorrichtung auf der Zufuhrluft zum Membrangefäß, entweder um sie zu kühlen oder zu erwärmen, sie aber in jedem Fall auf einer stabilen Temperatur zu halten. Jedoch ist der Betrieb dieser Vorrichtungen kompliziert und sie sind noch unzureichend, um vollständig stabile Betriebsbedingungen zu bieten. Sie kompensieren auch nicht einen langfristigen Verlust von Membranleistung infolge eines Alterns oder einer Verunreinigung; noch kompensieren sie einen sich verändernden Luftdruck.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Gastrennungsgerät zu schaffen, das Gebrauch von semi-permeablen Membranen macht und Steuerungsmittel aufweist, die in der Lage sind, automatisch betrieben zu werden, um Fluktuationen in der Produktreinheit zu mildern, die andernfalls durch die oben diskutierten Faktoren verursacht werden würden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Gerät zum Trennen einer Gasmischung geschaffen mit einem Gefäßgehäuse, semipermeablen Membranen, die wirksam sind, um die Mischung zu trennen, und mit einem Einlaß für die zu trennende Gasmischung, einem ersten Auslaß für Produktgas und einem zweiten Auslaß für einen Gasstrom einer Zusammensetzung, die sich von derjenigen des Produktgases unterscheidet, und ist gekennzeichnet durch ein erstes Strömungssteuerungsventil zum Steuern der Gasströmung zum Einlaß zum Einstellen der Position des ersten Strömungssteuerungsventils in Abhängigkeit von einer Analyse der Zusammensetzung des Produktgases, und ein zweites Strömungssteuerungsventil zum Steuern der Produktgasströmung vom ersten Auslaß, wobei das zweite Steuerungsventil in der Lage ist, Produktgas bei einer konstanten Strömungsrate über einen Bereich verschiedener Drücke stromaufwärts davon zu liefern.
Durch den Begriff 'semi-permeable Membran', wie hier verwendet, ist eine Membran gemeint, die geeignet ist für eine Verwendung beim Trennen von Gasmischungen. Vorzugsweise schließt die Ventilsteuerungsvorrichtung einen Komparator ein zum Vergleichen eines Signals von einem Gasanalysator, der empfindlich für die Konzentration einer Komponente im Produktgas (typischerweise eine Verunreinigung) ist, mit einem Referenzsignal, das das gewünschte Niveau dieser Verunreinigung repräsentiert, und zum Erzeugen eines Signals, um die Position des ersten Strömungssteuerungsventils in dem Fall zu ändern, daß es eine Differenz zwischen den zwei Signalen gibt, die verglichen werden. Zum Beispiel angenommen, bei der Trennung von Produktstickstoff von Luft übersteigt das Sauerstoffverunreinigungsniveau einen gewünschten Wert. Ein Signal wird erzeugt werden, um die Einstellung des ersten Strömungssteuerungsventils zu verändern und somit den Druckabfall darüber zu reduzieren, d.h. das Ventil zu öffnen. Der Druck auf der Produktseite der Membranen wird daher erhöht, und somit wird der Fluß durch die Membranen erhöht mit dem Ergebnis, daß das Verunreinigungsniveau im Produkt abfällt. Falls das Verunreinigungsniveau unter einen gegebenen Wert fällt, wird auf ähnliche Weise ein Signal erzeugt, um die Größe des Durchgangs durch das erste Strömungssteuerungsventil zu reduzieren und dadurch den Druckabfall darüber zu erhöhen mit dem Ergebnis, daß die Durchdringungsrate von Gas durch die Membran reduziert wird und das Verunreinigungsniveau wieder ansteigt.
Das Produktgas ist typischerweise das nicht-durchdringende Gas.
Das Gerät gemäß der Erfindung setzt typischerweise einen Kompressor der zu trennenden Gasmischung ein, der vom Konstant- Verdrängungs-Typ ist, und kann daher, falls so gewünscht, mit einer Vielfalt von Ablaßdrücken arbeiten.
Das zweite Strömungssteuerungsventil ist vorzugsweise von einer Art, die eine Mündungsöffnung stromaufwärts eines Ventilbauteils und eine Pilotgaskammer aufweist, die in Verbindung mit der Stromaufwärtsseite der Mündungsöffnung steht und durch eine Seite eines Diaphragmas begrenzt ist, das auf seiner anderen Seite dem Druck stromabwärts der Mündungsöffnung ausgesetzt ist. Eine ansteigende Druckdifferenz über das Diaphragma veranlaßt das Diaphragma, ein Ventilbauteil in eine ventilschließende Richtung zu drängen, um dadurch die Strömung von Gas, das durch das Ventil geliefert wird, im wesentlichen konstant zu halten. Diese Anordnung unterscheidet sich von derjenigen eines herkömmlichen Druckregelventils, in welchem ein Anstieg im Druck über das Diaphragma in eine ventilöffnende Richtung wirkt.
Vorzugsweise befindet sich ein Ventil, das den Druck stromaufwärts davon regelt, stromabwärts des zweiten Steuerungsventils, um es möglich zu machen, in Betrieb des Geräts einen konstanten Druck zwischen dem zweiten Steuerungsventil und dem Druckregelventil aufrechtzuerhalten.
Das Gerät gemäß der Erfindung wird nun beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Figur 1 ein schematisches Kreislaufdiagramm ist, das eine Ausführungsform des Geräts darstellt.
Figur 2 ein schematischer Seitenaufriß des Strömungssteuerungsventils in der Produktgasröhrenleitung des in Figur 1 gezeigten Geräts ist.
Figur 3 ein schematisches Kreislaufdiagramm ist, das ein Gerät zum Steuern der Position des Strömungssteuerungsventils in der Luftzufuhrröhrenleitung des in Figur 1 gezeigten Geräts darstellt.
In Figur 1 der Zeichnungen ist ein Gerät gezeigt, das von semi-permeablen Membranen Gebrauch macht, um Stickstoff von Luft zu trennen. Das Gerät schließt einen Kompressor 2 eines Konstant-Verdrängungs-Typs ein. Der Kompressor 2 führt komprimierte Luft einem ersten Aufnahmegefäß 4 und von dort einem Filtrierungsgefäß 6 zu, das Filter enthält, die ausgebildet sind, um eine Partikel- und Öl-Verunreinigung von der Luft zu entfernen. Die gefilterte Luft strömt vom Gefäß 6 in eine Luftröhrenleitung 8 hinein, in welcher sich ein erstes Strömungssteuerungsventil 10 befindet. Die Röhrenleitung 8 endet in einem Einlaßkopfstück 12 eines Gefäßes 14, in welchem semi-permeable Membranen untergebracht sind, die in der Lage sind, durch differentielle Durchdringungsraten eine Trennung wie zwischen Sauerstoff und Stickstoff zu bewirken. Das Membrangefäß 14 kann herkömmlich angeordnet und aus Lagen der semi-permeablen Membran aufgebaut sein, die entweder flach gelegt, gestapelt oder spiralförmig gewickelt sind, oder üblichererweise enthält das Gefäß 14 eine Vielzahl feiner Röhren aus den Membranen, wobei das Zufuhrgas entweder der Außenseite oder der Bohrung dieser Röhren zugeführt wird. Die individuellen feinen Röhren können selbst auf eine Anzahl von Arten aufgebaut sein, zum Beispiel können sie einfach gezogene Röhren aus dem semi-permeablen Material darstellen. Alternativ können sie aus einem relativ porösen Substratmaterial bestehen, das mit einem anderen Material entweder auf der Innenseite oder der Außenseite überzogen ist, welches selbst als eine semi-permeable Membran wirken kann.
Das Gefäß 14 besitzt ein Auslaßkopfstück 16, welches nichtdurchdringendes Gas sammelt und ihm ermöglicht, zu einer Produktgasröhrenleitung 20 zu strömen. Das Gefäß 14 besitzt auch einen Auslaß 18 für durchdringendes Gas.
Ein zweites Strömungssteuerungsventil 22 befindet sich in der Röhrenleitung 20. Das Strömungssteuerungsventil 22 ist von einer Art, die in der Lage ist, Gas bei einer konstanten Strömungsrate zu liefern, ungeachtet des Vorkommens von Druckfluktuationen stromaufwärts davon. Zwischen dem Kopfstück 16 und dem Strömungssteuerungsventil 22 ist eine Kapillar-Ableitung 24 von der Röhrenleitung 20 angeordnet, die zu einem Analysator 26 führt, der in der Lage ist, in Echtzeit in bezug auf eine Komponente des Produktgases zu analysieren. In dem Beispiel, daß ein Stickstoffprodukt hergestellt wird, analysiert der Analysator 26 in bezug auf Sauerstoff und ist in der Lage, das Niveau einer Sauerstoffverunreinigung im Stickstoff zu bestimmen. Der Analysator 26 übergibt Signale an eine Ventilsteuerungsvorrichtung 28, die in der Lage ist, die Einstellung des ersten Strömungssteuerungsventils 10 auf eine Weise, die unten beschrieben wird, einzustellen.
In der Röhrenleitung 20 ist vorzugsweise eine Druckregelvorrichtung 30 angeordnet, die ein Ventil darstellt, welches in Betrieb einen konstanten Druck in der Röhrenleitung zwischen dem zweiten Strömungssteuerungsventil 22 und sich selbst aufrechterhält. Die Röhrenleitung 20 endet in einem Produktstickstoffaufnahmegefäß 34, das einen Auslaß 36 aufweist mit einem manuell betreibbaren Strömungssteuerungsventil 38, das darin angeordnet ist. Das Ventil 38 kann so eingestellt sein, daß Produktstickstoff bei der gewünschten Rate geliefert wird.
In einem typischen Betrieb kann das in Figur 1 gezeigte Gerät so eingestellt sein, daß Stickstoff (der bis zu 1 Volumenprozent Sauerstoff als eine Verunreinigung enthält) bei einer Strömungsrate von 50 Standardkubikmetern pro Stunde zum Gefäß 32 geliefert wird. Sollte das Sauerstoffverunreinigungsniveau 1% erreichen, wird der Analysator 26 ein geeignetes Signal zur Ventilsteuerungsvorrichtung 28 erzeugen, mit dem Ergebnis, daß das Ventil 10 so eingestellt wird, daß es weiter geöffnet wird, das heißt, daß Gas bei einer schnelleren Rate durchgelassen wird, wodurch somit der Druckabfall darüber reduziert wird. Demgemäß ist die Produktseite der Membranen im Gefäß 14 einem höheren Druck ausgesetzt, der seinerseits die Sauerstoffdurchdringungsrate dorthindurch erhöht. Die Konzentration einer Sauerstoffverunreinigung im Produktstickstoff wird somit geringer. Darüber hinaus ist der Effekt des Ventils 22, die Strömungsrate dorthindurch konstant zu halten, sogar wenn der Druck stromaufwärts von ihm durch die Wirkung des Öffnens des Ventils 10 erhöht wird. Somit gibt es keinen Anstieg in der Strömungsrate durch das Membrangefäß 14, um dem Druckanstieg auf der Produktseite der Membranen entgegenzuwirken.
Falls der Analysator 26 nachweist, daß die Sauerstoffverunreinigungskonzentration in der Produktleitung unter einen gewählten Wert (etwa 1 Volumenprozent) gefallen ist, wird der Analysator ein Signal erzeugen, das für die Ventilsteuerungsvorrichtung 28 wirksam ist, um die Einstellung des Ventils 10 zu ändern und somit die Größe des Durchgangs dorthindurch zu reduzieren und so den Druckabfall darüber zu erhöhen. Es liegt daher ein reduzierter Druck auf der Produktseite der Membranen im Gefäß 14 vor mit dem Ergebnis, daß die Durchdringungsrate der Sauerstoffverunreinigung durch die Membranen hindurch reduziert ist, und somit steigt die Sauerstoffverunreinigungskonzentration im Produktgas, das zur Röhrenleitung 20 geliefert wird, an. Die Einstellung des Ventils 22 ändert sich automatisch, um die Strömungsrate von Produktstickstoff, den sie liefert, im wesentlichen konstant zu halten. Es kann somit eingesehen werden, daß das in Figur 1 gezeigte Gerät in der Lage ist, so eingestellt zu werden, daß es automatisch arbeitet, um die Sauerstoffverunreinigungskonzentration im Stickstoffprodukt bei 1 Volumenprozent zu halten, ungeachtet Änderungen in der Leistung der Membran.
Der Aufbau des Ventils 22 ist in Figur 2 der beigefügten Zeichnungen dargestellt. Das Ventil besitzt eine Einlaßöffnung 40, die mit dem Auslaßkopfstück 16 für Produktgas vom Membrangefäß 14 kommuniziert, und eine Auslaßöffnung 42, die in einer Linie mit der Öffnung 40 angeordnet ist und in Verbindung mit der Stromaufwärtsseite des druckregelnden Ventils 30 steht. Eine kalibrierte Mündungsöffnung 44 ist in der Einlaßöffnung 40 angebracht. Ein Schmetterlingsbauteil 46 wirkt mit der Mündungsöffnung 44 zusammen. Auf der Stromabwärtsseite der Mündungsöffnung 44 ist eine Hauptventilkammer 48 angeordnet. In der Kammer 48 befindet sich eine im allgemeinen vertikale Welle 50, die Ventilbauteile 52 und 54 trägt. Die Ventilbauteile 52 und 54 wirken mit einem Ventilsitz 56 zusammen, um eine im allgemeinen ringförmige Öffnung 58 zu definieren, welche die Strömungsgeschwindigkeit von Gas durch das Ventil steuert. Die Ventilbauteile 52 und 54 sind in der Lage, auf den Ventilsitz 56 zu bewegt zu werden, um die Größe der Öffnung 58 durch eine Abwärtsverschiebung der Welle 50 gegen die Vorspannung einer Kompressionsfeder 60 zu reduzieren. Die Welle 50 ist nahe ihrem oberen Ende an ein Diaphragma 62 fixiert, das eine Wand einer Pilotgaskammer 64 bildet, die eine Gasöffnung 66 aufweist, welche über eine Leitung 68 mit der Stromaufwärtsseite der Mündungsöffnung 44 kommuniziert. Demgemäß ist der Druck in der Kammer 64 gleich demjenigen auf der Stromaufwärtsseite der Mündungsöffnung 44, während der Druck auf der anderen Seite des Diaphragmas 62 gleich dem Druck auf der Stromabwärtsseite der Mündungsöffnung 44 ist. Ein Anstieg im Druck auf der Stromaufwärtsseite der Mündungsöffnung 44, der durch Erhöhen der Größe des Durchgangs durch das Ventil 10 verursacht wird, hat den Effekt, daß der Druckabfall über die Mündungsöffnung 44 und damit die Differenz zwischen den entgegengesetzten Seiten des Diaphragmas 62 erhöht wird, mit dem Ergebnis, daß die Welle 50 einer Netto-Abwärtsverschiebung ausgesetzt wird, die die Größe der Öffnung 58 reduziert. Obwohl der Druck stromaufwärts der Öffnung oder der Öffnung 58 ansteigt, nimmt demgemäß die Größe dieser Öffnung ab, mit dem Ergebnis, daß die Gesamtströmungsrate im wesentlichen unverändert bleibt. Auf ähnliche Weise führt ein Abfall im Druck auf der Stromaufwärtsseite der Mündungsöffnung 44 zu einer Nettoreduzierung in der Differenz im Druck auf den zwei Seiten des Diaphragmas 62, so daß es eine Netto-Aufwärtsverschiebung der Welle 50 und damit einen Anstieg in der Größe der Öffnung 58 gibt. Dieser Anstieg in der Größe der Öffnung 58 kompensiert die Nettoreduzierung im Druck stromaufwärts davon, mit dem Ergebnis, daß die Strömungsrate durch das Ventil im wesentlichen unverändert bleibt.
Ein herkömmlicher Sauerstoffanalysator kann als der Analysator 26 verwendet werden. Die Ventilsteuerungsvorrichtung 28 kann typischerweise die Form des in Figur 3 gezeigten Geräts annehmen. Die Steuerungsvorrichtung 28 besitzt einen programmierbaren Referenzsignalgenerator 72, der ein (Spannungs-)Signal einem Komparator 74 zuführt, der es mit dem Signal vom Analysator 26 vergleicht. Der Komparator 74 umfaßt elektrische Schaltungen, die ausgebildet sind, um ein Steuerungssignal zu erzeugen, falls es eine Differenz zwischen den zwei Signalen, die es empfängt, gibt. Das Strömungssteuerungsventil 10 kann mit einem Motor versehen sein. Falls die Differenz zwischen den durch den Komparator 74 empfangenen Signalen zugunsten des Referenzsignals ist (das heißt, daß das Sauerstoffverunreinigungsniveau unter den gewünschten Wert gefallen ist), kann das Steuerungssignal eingesetzt werden, um den Motor zu veranlassen, sich in einem ventilschließenden Sinn zu drehen, während dann, falls der Unterschied in den zwei Signalen, die zum Komparator gesendet werden, zugunsten des Signals ist, das durch den Analysator erzeugt wird (das heißt, daß die Sauerstoffverunreinigungskonzentration im Produktgas größer ist als erwünscht), ein Steuerungssignal erzeugt wird, das den Motor veranlaßt, sich in eine ventilöffnende Richtung zu drehen.
Das Gerät gemäß der Erfindung ist somit in der Lage, Produktsauerstoff bei einer gewünschten Reinheit und Strömungsrate zu liefern.

Claims

1. Gerät zum Trennen einer Gasmischung mit einem Gefäßgehäuse (14), semi-permeablen Membranen, die wirksam sind, um die Mischung zu trennen, und mit einem Einlaß (12) für die zu trennende Gasmischung, einem ersten Auslaß (16) für Produktgas und einem zweiten Auslaß (18) für einen Gasstrom einer Zusammensetzung, die sich von derjenigen des Produktgases unterscheidet, gekennzeichnet durch

ein erstes Strömungssteuerungsventil (10) zum Steuern der Gasströmung zum Einlaß (12) , eine Ventilsteuerungsvorrichtung (28) zum Einstellen der Position des ersten Strömungssteuerungsventils (10) in Abhängigkeit von einer Analyse der Zusammensetzung des Produktgases, und ein zweites Strömungssteuerungsventil (22) zum Steuern der Produktgasströmung vom ersten Auslaß (16), wobei das zweite Steuerungsventil (22) in der Lage ist, Produktgas bei einer konstanten Strömungsrate über einen Bereich verschiedener Drücke stromaufwärts davon zu liefern.

2. Gerät wie in Anspruch 1 beansprucht,

in welchem die Ventilsteuerungsvorrichtung (28) einen Komparator (74) einschließt zum Vergleichen eines Signals für einen Gasanalysator (26), der empfindlich für die Konzentration einer Komponente im Produktgas ist, mit einem Referenzsignal (72), das das gewünschte Niveau dieser Verunreinigung repräsentiert, und zum Erzeugen eines Signals, um die Position des ersten Strömungssteuerungsventils (10) in dem Fall zu ändern, daß es eine Differenz zwischen den zwei Signalen gibt, die verglichen werden.

3. Gerät wie in Anspruch 1 oder Anspruch 2 beansprucht,

welches ein Aufnahmegefäß (34) zum Liefern des nicht-durchdringenden Gases als Produkt einschließt.

4. Gerät wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht,

mit zusätzlich einem Kompressor (2) der zu trennenden Gasmischung, der vom Konstant-Verdrängungs-Typ ist.

5. Gerät wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht,

in welchem das zweite Strömungssteuerungsventil (22) von einer Art ist, die eine Mündungsöffnung (44) stromaufwärts eines Ventilbauteils (42) und eine Pilotgaskammer (64) aufweist, welche in Verbindung mit der Stromaufwärtsseite der Mündungsöffnung (44) steht und durch eine Seite eines Diaphragmas (62) begrenzt ist, welches auf seiner anderen Seite dem Druck stromabwärts der Mündungsöffnung (44) ausgesetzt ist, wodurch bei Benutzung eine ansteigende Druckdifferenz über das Diaphragma (62) das Diaphragma (62) veranlaßt, ein Ventilbauteil (52, 54) in eine ventilschließende Richtung zu drängen, um dadurch die Strömung von Gas, das durch das Ventil (22) geliefert wird, im wesentlichen konstant zu halten.

6. Gerät wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht,

mit zusätzlich einem Ventil (30), das den Druck stromaufwärts davon stromabwärts des zweiten Steuerungsventils (22) regelt, um es möglich zu machen, beim Betreiben des Geräts einen konstanten Druck zwischen dem zweiten Steuerungsventil (22) und dem Druckregelventil (30) aufrechtzuhalten.