DK170395B1

DK170395B1 - Method of drying gas

Info

Publication number: DK170395B1
Application number: DK142588A
Authority: DK
Inventors: Vincent P Fresch; Mashud A Awad; Anthony R Rossi
Original assignee: Pneumatech Inc
Priority date: 1988-03-16
Filing date: 1988-03-16
Publication date: 1995-08-21
Also published as: DK142588D0; DK142588A

Description

i DK 170395 B1in DK 170395 B1

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til tørring af gas og med de i krav l's indledning angivne træk.The invention relates to a method for drying gas and having the features set out in the preamble of claim 1.

Tilstedeværelsen af vanddamp i gasser medfører problemer 5 inden for mange industrier og produktioner. Med et lille fald i temperaturen kan kondensering forekomme i rørledninger og beholdere, hvilket kan medføre korrosion, kedelstene, tilfrysninger, snavs osv, hvilket kan ødelægge instrumenter, styringer og forårsage blokader i lufttil-10 førsler, skabe pludselige trykfald, øge reaktionstiden og reducere levetiden af værktøj. Tilsvarende problemer møder man inden for kemisk industri og industrier, der arbejder med fødevarer og metal, hvor indholdet af vanddamp i luft og gasser skaber uønsket oxidering. Det er også 15 kendt, at der inden for det robottekniske område, kræves extrem tør luft, for at man kan arbejde med de pneumatiske systemer.The presence of water vapor in gases causes problems 5 in many industries and productions. With a slight drop in temperature, condensation can occur in pipelines and containers, which can cause corrosion, scales, freezes, dirt, etc., which can destroy instruments, controls and cause blockages in air supply, create sudden pressure drops, increase reaction time and reduce service life. of tools. Similar problems are encountered in the chemical and food industries, where the content of water vapor in air and gases creates undesirable oxidation. It is also known that in the robotics field, extreme dry air is required for working with the pneumatic systems.

For at skabe den extremt tørre luft, f.eks. med et dug-20 punkt på minus 40 °C eller lavere, er det nødvendigt at benytte et adsorberende tørresystem. Adsorptionstørring udføres normalt ved hjælp af et dobbelttårn fyldt med tørremiddel, hvilket eksempelvis er beskrevet i CH-A-546092 og US-A-4 306 889. Grundlaget for den kendte 25 dobbelttårn-adsorptionsmetode er, at samtidig med, at det ene tårn modtager luft mættet med vanddamp til tørring, regenereres det andet tårns tørremiddel ved, at man lader tør luft passere igennem tårnet. For tiden udføres denne regenereringsproces ved, at man tager en del af den luft, 30 der ledes ud af tårnet i tørrecyklussen, og leder den igennem det andet tårn for at fjerne fugten fra tørremidlet i dette tårn, og dermed regenerere dets tørremiddel.To create the extremely dry air, e.g. with a dew-point of minus 40 ° C or lower, it is necessary to use an adsorbent drying system. Adsorption drying is usually carried out by means of a double tower filled with desiccant, as described, for example, in CH-A-546092 and US-A-4 306 889. The basis of the known 25 double tower adsorption method is that at the same time as one tower receives air saturated with water vapor for drying, the desiccant of the second tower is regenerated by allowing dry air to pass through the tower. Currently, this regeneration process is carried out by taking part of the air which is discharged from the tower into the drying cycle and passing it through the second tower to remove the moisture from the desiccant in this tower, thus regenerating its desiccant.

US-A-4 306 889 anviser en enhed, der afføler luftstrømmen 35 gennem tørreapparatet. Hvis strømmen er langsom som følge af et lavt forbrug, reducerer systemet rensestrømmen. Systemet ifølge CH-A-546 092 afføler ligeledes strømmen ind 2 DK 170395 B1 i udgangsledningen ved at overvåge trykket. Systemet vil 4 stoppe luftstrømmen og rensestrømmen ved bestemte tryk.US-A-4,306,889 discloses a unit which senses air flow 35 through the dryer. If the flow is slow due to low consumption, the system reduces the cleaning current. The system according to CH-A-546 092 also senses the flow into the output line by monitoring the pressure. The system will stop the air flow and the purge flow at certain pressures.

Når trykket i systemet falder, åbner strømnings- og ren-seventilerne. I lighed med US-A-4 306 889 kræver systemet 5 en overvågning af en betingelse, dvs. systemtrykket, og ændrer rensestrømmen i afhængighed med denne overvågede betingelse. Ifølge praktiske forsøg med systemer ifølge denne kendte teknik, vil typisk 15% af den tørreluft, der forlader tårnet i en tørrecyklus anvendes til at regene-10 rere det andet tårn. Denne fremgangsmåde har en åbenbar ulempe, at 15% af den tørre luft unddrages dets hovedformål for i stedet at blive anvendt i forbindelse med regenerering af et af tårnene. Det er derfor ønskeligt at have et system, hvormed den mængde tørret luft, der be-15 høves for at regenerere tårnene, reduceres til en mængde, der er betydelig mindre end 15%.As the pressure in the system drops, the flow and clean sevens open. Similar to US-A-4,306,889, system 5 requires monitoring of a condition, i.e. system pressure, and change the purge flow in dependence on this monitored condition. According to practical experiments with systems of this prior art, typically 15% of the drying air leaving the tower in a drying cycle will be used to regenerate the second tower. This process has an obvious disadvantage that 15% of the dry air is evaded from its main purpose and instead used for regeneration of one of the towers. Therefore, it is desirable to have a system by which the amount of dried air needed to regenerate the towers is reduced to an amount considerably less than 15%.

Fremgangsmåden til tørring af gas udmærker sig ved yderligere at omfatte de i krav l's kendetegnende del anviste 20 træk, hvorved det sikres, at den mængde luft, der er behov for i forbindelse med regenerering af tårnene, er reduceret, hvorved en større procentdel af luften, der forlader tørretårnene, kan anvendes til det tiltænkte formål.The gas drying method is further characterized by further including the features specified in claim 1, thereby ensuring that the amount of air needed for regeneration of the towers is reduced, thereby increasing a greater percentage of the air. leaving the drying towers can be used for the intended purpose.

2525

Tegningerne illustrerer den for tiden foretrukne måde at udøve opfindelsen på.The drawings illustrate the presently preferred way of practicing the invention.

På tegningen viser: 30 fig. 1 et gastørreapparat ifølge opfindelsen, fig. 2 et diagram, der viser sekvenserne af operationerne for kamkontakterne, der styrer de forskellige ventiler i 35 apparatet på fig. 1, og fig. 3 apparatet set fra oven.In the drawing: FIG. 1 shows a gas dryer according to the invention; FIG. 2 is a diagram showing the sequences of the operations of the cam contacts controlling the various valves of the apparatus of FIG. 1, and FIG. 3 from above.

3 DK 170395 B13 DK 170395 B1

Som vist i fig. 1 indeholder gastørreapparatet 10 to tårne 12 og 14. Disse tårne indeholder et tørremiddel, som f.eks. aktivt aluminiumoxid belagt med calciumchlorid. Dobbelttårnsystemet tillader, at det ene tårn benyttes 5 til tørring af luft, mens det andet tårn får regenereret sit tørremiddel.As shown in FIG. 1, the gas dryer 10 includes two towers 12 and 14. These towers contain a desiccant such as e.g. active alumina coated with calcium chloride. The double tower system allows one tower to be used for drying air while the other tower regenerates its desiccant.

Hvert af tårnene er forsynet med en tilføringsventil, henholdsvis 16 og 18, der, når de er åbne, tillader luf-10 ten at komme ind i systemet gennem en ventil 20, for derpå at passere op igennem tårnet og tørremidlet deri, således at tørremidlet får mulighed for at adsorbere fugten fra luften.Each of the towers is provided with a supply valve, 16 and 18, respectively, which, when open, allows the air to enter the system through a valve 20, then to pass through the tower and the desiccant therein, so that the desiccant allowed to absorb the moisture from the air.

15 Åbningen og lukningen af ventilerne 16 og 18, såvel som åbningen og lukningen af de andre ventiler i systemet, styres af et roterende kam-tidsstyreorgan, der befinder sig i en kontrolboks 22. Når kammene roterer, vil det medføre, at kontakter åbnes og lukkes, og dette forår-20 sager, at solonoider åbner og lukker forskellige ventiler i systemet. De kamstyrede ventilers åbning og lukning som funktion af tiden er vist i fig. 2 og vil senere blive beskrevet detaljeret. Denne ventil-sekvensstyring kan også udføres med elektroniske eller pneumatiske styre-25 enheder i stedet for det mekaniske organ, der er beskrevet her.The opening and closing of the valves 16 and 18, as well as the opening and closing of the other valves in the system, is controlled by a rotary cam timing means located in a control box 22. As the cams rotate, contacts will open and closes, and this spring-20 cases that solonoids open and close various valves in the system. The opening and closing of the cam controlled valves as a function of time is shown in FIG. 2 and will be described in detail later. This valve sequence control may also be performed with electronic or pneumatic control units instead of the mechanical means described herein.

Når tør luft forlader den øvre del af tårnet 12, passerer den igennem et rør 24 og åbner en kontraventil 26, så at 30 den tørre luft kan passere til et udløb 28. Tilsvarende når tårn 14 er i tørrecyklussen, forlader den tørre luft toppen af tårn 14 gennem et rør 30, og åbner en kontraventil 32 og strømmer ud gennem udløbet 28.When dry air exits the upper part of tower 12, it passes through a tube 24 and opens a check valve 26 so that 30 the dry air can pass to an outlet 28. Similarly, when tower 14 is in the drying cycle, the dry air leaves the top of the tower 14 through a pipe 30, and opens a check valve 32 and flows out through the outlet 28.

35 En del af den tørre luft, der ankommer til udløbet 28, afledes gennem et rør 34 ved hjælp af en renseindstil-lingsventil (ej vist). Mængden af tør luft, der passerer 4 DK 170395 B1 igennem røret 34, overvåges med en måler 36, og renseven-tilen indstilles således, at den ønskede mængde af den tørre luft afledes. Når først den tørre luft er ledt ind i rør 34, passerer den igennem en åbning i et samlestykke 5 38 og derfra gennem enten regenereringsventil 40 eller 42. Regenereringsventilerne 40 og 42 er enve j skontraven-tiler, således at de kun tillader strømning i en retning fra samlestykke 38 mod henholdsvis rørene 44 og 46. Hvis tårnet 12 befinder sig i tørrecyklussen og tilvejebringer 10 tør luft ved højt tryk til røret 24, vil dette tryk ligeledes dannes i røret 44, og envejskontraventilen vil tvinges i en sådan stilling, at den ikke tillader strømning fra røret 44 mod samlestykket 38. Tårnet 14 vil være i en regenereringscyklus, når tårnet 12 er i tørrecyklus-15 sen. Envejskontraventilen 42 vil ikke registrere noget tilstedeværende tryk fra røret 46, og trykket af den tørre luft i røret 34 og samlestykket 38 vil åbne regenereringsventilen 42 og tillade tør luft at passere fra samlestykket 38 ind i røret 46. Da trykket på den venstre 20 side af kontraventilen 32 er større end på den højre side, vil den tørre luft i røret 46 passere gennem røret 30 ned gennem tårnet 14 og derved regenerere tørremidlet i tårnet 14.A portion of the dry air arriving at the outlet 28 is discharged through a pipe 34 by means of a purge adjustment valve (not shown). The amount of dry air passing through pipe 34 is monitored by a meter 36 and the purge valve is set so that the desired amount of dry air is diverted. Once the dry air is fed into pipe 34, it passes through an opening in an assembly piece 5 38 and thereafter through either regeneration valve 40 or 42. The regeneration valves 40 and 42 are single-stage valves so that they allow flow only in a direction from header 38 toward pipes 44 and 46, respectively. If tower 12 is in the drying cycle and provides 10 high pressure dry air to tube 24, this pressure will also form in tube 44, and the one-way check valve will be forced into position to does not allow flow from the tube 44 to the connector 38. The tower 14 will be in a regeneration cycle when the tower 12 is in the drying cycle 15. The one-way check valve 42 will not detect any pressure present from the tube 46, and the pressure of the dry air in the tube 34 and the connector 38 will open the regeneration valve 42 and allow dry air to pass from the connector 38 into the tube 46. As the pressure on the left 20 side of the If the check valve 32 is larger than on the right side, the dry air in the pipe 46 will pass through the pipe 30 down through the tower 14, thereby regenerating the desiccant in the tower 14.

25 Hvert af tårnene er desuden forsynet med en renseventil henholdsvis 48 og 50. Når renseventilen er åben, passerer luften, der benyttes til gendannelse, ud gennem muffel-åbninger 52 og 54.25 Each of the towers is further provided with a cleaning valve 48 and 50 respectively. When the cleaning valve is open, the air used for recovery passes through muffle openings 52 and 54.

30 Tørreapparatet 10 er også forsynet med en kompressionsventil 56, der, når den er åben, vil tilvejebringe et overtryk af tør luft til samlestykket 38 over røret 58 og derfra videre til et af tårnene ved afslutningen af dets regenereringscyklus. Kompressionsventilen 56 åbnes for at 35 tilvejebringe komprimeret luft i et tårn, før tørrecyklussen startes, således at tilførslen af komprimeret mættet luft i bunden af tanken i begyndelsen af tørrecy- 5 DK 170395 B1 klussen ikke ødelægger tørremidlet i tørretromlen.The dryer 10 is also provided with a compression valve 56 which, when open, will provide an overpressure of dry air to the connector 38 over the tube 58 and from there to one of the towers at the end of its regeneration cycle. The compression valve 56 is opened to provide compressed air in a tower before the drying cycle is started, so that the supply of compressed saturated air at the bottom of the tank at the beginning of the drying cycle does not destroy the desiccant in the dryer.

1 beskrivelsen af driften af gastørreapparatet 10 antages det, at tårn 12 er i begyndelsen af tørrefasen, og at 5 tårn 14 er i begyndelsen af regenereringsfasen. Der vil også blive refereret til fig. 2, der viser sekvenser af driften af de forskellige kam-kontakter, der styrer åbningen og lukningen af tilførselsventilerne og rense-ventilerne. I fig. 2 refererer "1TC" til en første timer 10 kam-kontakt, der aktiverer tilførselsventilerne 16 og 18. "2TC" refererer til en anden timer kam-kontakt, der styrer renseventilen 48, og "3TC" refererer til en tredje timer kam-kontakt, der styrer renseventilen 50. "4TC" refererer til en fjerde timer kam-kontakt, der aktiverer 15 kompressionsventilen 56. De skraverede områder på fig. 2 angiver en lukket kontakt, mens de hvide områder angiver en åben kontakt.In describing the operation of the gas dryer 10, it is assumed that tower 12 is at the beginning of the drying phase and that 5 tower 14 is at the beginning of the regeneration phase. Referring also to FIG. 2, showing sequences of operation of the various cam contacts controlling the opening and closing of the supply valves and the purge valves. In FIG. 2 "1TC" refers to a first timer 10 cam contact actuating the supply valves 16 and 18. "2TC" refers to a second timer cam contact controlling the purge valve 48, and "3TC" refers to a third timer cam contact which controls the purge valve 50. "4TC" refers to a fourth timer cam contact activating the compression valve 56. The shaded areas of FIG. 2 indicates a closed contact, while the white areas indicate an open contact.

En typisk cyklus for tørring og regenerering varer i 10 20 minutter, og derfor kan 50% linien på fig. 2 repræsentere 5 minutters mærket i den totale cyklus. Efter 5 minutter skifter tårnene funktion, dvs. at tårnet 12, der var i tørrefasen, nu begynder regenereringsfasen, og tårn 14, der var i regenereringsfasen, nu påbegynder tørrefasen.A typical cycle of drying and regeneration lasts for 20 minutes, and therefore the 50% line of FIG. 2 represent the 5 minute mark in the total cycle. After 5 minutes the towers change function, ie. that tower 12 which was in the drying phase now begins the regeneration phase and tower 14 which was in the regeneration phase now begins the drying phase.

25 I drift, hvor tårnet 12 er i tørrefasen, åbner første timer kam-kontakt "1TC" for ventilen 16 og lukker for ventilen 18, således at den mættede luft, der strømmer ind i systemet gennem tilførslen 20, passerer gennem ven-30 tilen 16 og ind i bunden af tårnet 12. Det skal bemærkes, at når ventilen 12 er åbnet af den første timer kamkontakt, vil renseventilen 48 være lukket af den tredje timer kam-kontakt "3TC". Derfor vil al luften, der passerer gennem ventilen 16, blive tvunget ind i bunden af 35 tårnet 12. Den luft, der passerer tilførsel 20, har et tryk på ca. 700 kPa over omgivelserne og en temperatur på omkring 38 eC. Når luften passerer op igennem tårnet 12, 6 DK 170395 B1 absorberer tørremidlerne vanddampen fra den mættede luft a og sender komprimeret tør luft ind i røret 24, hvor den tørre luft har et dug-punkt på omkring -40 °C.In operation where the tower 12 is in the drying phase, the first timer opens cam contact "1TC" for the valve 16 and closes the valve 18 such that the saturated air flowing into the system through the supply 20 passes through the valve 30. 16 and into the bottom of tower 12. It should be noted that when valve 12 is opened by the first timer cam contact, the cleaning valve 48 will be closed by the third timer cam contact "3TC". Therefore, all the air passing through the valve 16 will be forced into the bottom of the tower 12. The air passing through the supply 20 has a pressure of approx. 700 kPa above ambient and a temperature of about 38 eC. As the air passes through the tower 12, the desiccants absorb the vapor of water from the saturated air a and send compressed dry air into the tube 24, where the dry air has a dew point of about -40 ° C.

5 Den tørre luft under tryk i rør 24 vil åbne kontraventilen 26 og påvirke kontraventilen 40 gennem rør 44 således, at denne bliver i lukket stilling. Når luften passerer igennem udløbet 28, vil en del af den tørre luft udledes gennem røret 34 og passere igennem samlestykket 38 10 og åbne kontraventilen 42. Den tørre luft passerer derpå igennem røret 46 og røret 30 for derpå at passere ned igennem tårnet 14. Gennem denne regenereringscyklus skiftevis åbner og lukker den anden timer kam-kontakt "2TC", således at renseventilen 50 pulseres, dvs. skiftevis åb-15 nes og lukkes. I de tidligere kendte tørresystemer ville renseventilen 50 forblive åben gennem hele regenererings-cyklussen. Derfor ville al den luft, der ledes ind i det tårn, der er under regenerering, blive ledt ud i omgivelserne .The pressurized dry air in pipe 24 will open the check valve 26 and actuate the check valve 40 through pipe 44 to remain in the closed position. As the air passes through the outlet 28, a portion of the dry air will be discharged through the pipe 34 and pass through the connector 38 10 and open the check valve 42. The dry air then passes through the pipe 46 and the pipe 30 to then pass down through the tower 14. Through this regeneration cycle alternately opens and closes the second timer comb contact "2TC" so that the purge valve 50 is pulsed, i.e. alternately opened and closed. In the prior art drying systems, the purge valve 50 would remain open throughout the regeneration cycle. Therefore, all the air that enters the tower under regeneration would be directed into the surroundings.

2020

Ved skiftevis at åbne og lukke renseventilen 50 vil der i tårnet 14 skiftevis være overtryk og undertryk, hvorved den tørre luft, der passere igennem tårnet, vil absorbere fugten hurtigere med mindre rensegennemstrømning. Den 25 pulserende gennemstrømning, der opnås med åbningen og lukningen af renseventilen 50, reducerer desuden mængden af tør luft, der frigives til omgivelserne, og reducerer derved kraftigt mængden af tør luft, der kræves til regenerering af tørremidlerne i tårnene. Mens tidligere rege-30 nereringsmetoder benyttede op til 15% af den dannede tørre luft i tørretårnet, benytter apparatet ifølge opfindelsen omkring 6% af den dannede tørre luft i tørretårnet.By alternately opening and closing the purge valve 50, the tower 14 will alternately have overpressure and negative pressure, whereby the dry air passing through the tower will absorb the moisture more quickly with less purge flow. The pulsating flow achieved with the opening and closing of the purge valve 50 further reduces the amount of dry air released to the environment, thereby greatly reducing the amount of dry air required to regenerate the desiccants in the towers. While previous regeneration methods used up to 15% of the dry air formed in the drying tower, the apparatus according to the invention uses about 6% of the dry air formed in the drying tower.

35 Som vist i fig. 2 vil der, umiddelbart før tårnene skifter fra en regenereringscyklus til en tørrecyklus, ske det, at den fjerde timer kam-kontakt aktiverer ventilen DK 170395 B1 7 56 og dermed tillader en del af den tørre luft, der normalt ville forsvinde gennem indløbet 28, at strømme ind i tårnet, der skifter fra en regenereringscyklus til en tørrecyklus. Mens dette sker, er den tilsvarende rense-5 ventil for det pågældende tårn lukket, således at tårnet er under overtryk. Dette sker umiddelbart før åbningen af den tilsvarende indløbsventil for dette tårn og sikrer, at tårnet vil have ca. det samme tryk som den mættede luft, der kommer ind i bunden af tårnet, således at tør-10 remidlet ikke ødelægges af en pludselig indstrømning af dampmættet luft.35 As shown in FIG. 2, immediately before the towers change from a regeneration cycle to a drying cycle, it will happen that the fourth hour comb contact activates the valve DK 170395 B1 7 56 and thus permits a portion of the dry air which would normally disappear through the inlet 28, to flow into the tower changing from a regeneration cycle to a drying cycle. While this is happening, the corresponding cleaning valve for the particular tower is closed so that the tower is under pressure. This occurs immediately before the opening of the corresponding inlet valve for this tower and ensures that the tower will have approx. the same pressure as the saturated air entering the bottom of the tower so that the drying agent is not destroyed by a sudden influx of vapor-saturated air.

Den beskrevne udførelsesform har været begrænset til en dobbelttårnet gastørrer uden opvarmning, men et tilsvar-15 ende apparat kunne også benyttes af en gastørrer med var-meenhed.The embodiment described has been limited to a double-tower gas dryer without heating, but a corresponding apparatus could also be used by a gas dryer with a heater.

20 25 30 3520 25 30 35

Claims

A process for drying gas in an apparatus having at least two towers (12,14) containing desiccant, which alternately receives steam-saturated air for drying during a drying phase, and then receives dry air during a regeneration phase to regenerate the desiccant previously has absorbed moisture from the saturated air during the drying phase, comprising: introducing saturated air into one of the towers (e.g., 12) during its drying phase and then passing the saturated air over the desiccant so that dry air leaves the tower and introducing a portion of said dry air from said one tower (e.g., 12) into the other of said towers (e.g., 14) during the regeneration phase of said second tower, and guiding said dry air over drying agent light which has previously absorbed water vapor during its drying phase, so that said dry air removes the moisture from the drying agent and regenerates it, characterized in that the second tower ( e.g., 14) with time intervals under pressure and suppression during its regeneration phase, so that the air in said second tower is periodically allowed to expand. 30

A method according to claim 1, characterized in that the gas dryer (10) includes a purge valve (48,50) for releasing the air during the regeneration, and said establishment of overpressure and suppression comprises alternately opening and closing the purge valve ( e.g., 50), which releases the air from said second tower (e.g., 14). DK 170395 B1

Method according to claim 2, characterized in that less than 10% of the total dry air formed in said one tower (eg 12) is introduced into said second tower (eg 14). 5 10 15 20 25 30 35