FI76003B - Foerstaerkningsfoerfarande och -anordning foer gas. - Google Patents

Description

1 76003

Kaasun väkevöimismenetelmä ja -laitteisto Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen väkevöimismenetelmä kaasun jakamiseksi osakomponenteiksi, erityisesti hapen erottamiseksi ilmasta.

Keksinnön kohteena on edelleen patenttivaatimuksen 3 johdanto-osan mukainen väkevöimislaitteisto kaasun jakamiseksi , osakomponenteiksi, erityisesti hapen erottamiseksi ilmasta.

Happea käytetään tunnetusti mm. polttoleikkauksessa, jätevesien puhdistamisessa, kalanviljelyssä, kemian prosessiteollisuudessa sekä erilaisissa polttoprosesseissa ja puhdistettuna hengitysilmana mm. sairaaloissa. Hapen teollinen valmistus tapahtuu nykyisin pääsääntöisesti kahdella tavalla nimittäin tislaamalla tai absorbtioprosessin kautta.

Merkittävin valmistusprosessi on tislaus korkeassa paineessa ja alhaisessa 1ämpöti1assa, jolloin ilman eri osakomponentit (typpi, happi, argon jne.) tislautuvat tiivistymällä tietyissä paineissa nesteiksi toisistaan erilleen. Etuna on siis se, että myös muita osakomponentteja kuin happea saadaan erotetuksi .

Näin valmistetut kaasut puristetaan painesäi1iöihin korkeaan paineeseen, tavallisesti n. 20...30 lipa, kuljetettaviksi käyttöpai koi lie jakelusäi1i öissä.

Happea erotetaan ilmasta myös ns. valikoivan adsorbtion avulla, joka perustuu ilman osakomponenteille ominaisten kaasumo-lskyylien seulontaan. Täi Iäisessä menetelmässä toiminta perustuu sopivan aineen kykyyn sitoa -fysikaalisen adheesion avulla huokosiinsa eri tavoin erilaisia molekyylejä. Tällöin on käytettävän aineen huokoskoko valittava tarkasti sopivaksi kun päämääränä on hidastaa toisen molekyylin etenemisnopeutta ja toisaalta päästää toinen molekyyli (eri kokoinen) etenemään mahdollisimman esteettömästi. Käytettäessä luonnollista i 2 76003 tai synteettistä zeoliittia, pienen halkaisijan (n. 3,8 A) omaavat happi molekyylit kulkevat suurempia typpi molekyylejä nopeammin adsorboivan ainekerroksen läpi. Kun seoliitin teoreettiseksi huokoskooksi valitaan 4 A saadaan happi siis erotetuksi, jolloin ainekerroksen läpi tuleva kaasu on happi-rikasta. Tässä yhteydessä voidaan viitata artikkeliin "Zeolite st r Lie t.ur e, composi t i on and c:at a 1 ysi s " (Dwyer J . ,

Chemistry and Industry, 1984 no. 7,, s. 258...269) ja kuu1u t u s j u1 k ai suun DE-1280225.

Adsorbti oprosessi toteutetaan tavalli eesti paineenvaihtelu-prosessina ("pressure swing adsorption" -·- PSA), jossa adsorb- t i oai nekerros adsorbti ovai heen jälkeen elvytetään, johtamal1 a siihen absorbtiovirtauksen suhteen vastakkainen elvutyskaasu-virtaus. Elvytys suoritetaan tavallisesti alhaisemmassa noin ilmakehän painetta vastaavassa paineessa kuin erotus,· joka tapahtuu edullisesti noin 500...700 kPa paineessa. Käytettävän 1 ai ttei ston rakenne on vähintäin kaksisäi1i öinen, jolloin toisen säiliön erottaessa toista säiliötä elvytetään. Lait-t e i s t o k o k o n a i s u u t. e e n k u u 1 u u 1 i s ä k s i pain e ilman s y ö tt öl ai t. e, t a va11i se st i kompressarι, veden- ja ö1j yn erotussuodattimet, keruusäi1i ö erotettua happea varten sekä mahdollisesti äänenvaimennin. Adsorbtioprnsessiin liittyviä laitteita on esitetty mm. seuraavissa julkaisuissa, US-4194890, US-4263018, US-4373938, GB--2109266 ja FI-843014. Tunnettua on käyttää vas taavanlaista adsorbtiokuivainta myös kosteuden poistamiseen i1masta.

Zeoliitin kyky erottaa kaasun osakomponentteja toisistaan heikkenee mahdollisesti läsnä olevan kosteuden vaikutuksesta. Tämän johdosta on useissa julkaisuissa ehdotettu kuivainten käyttämistä ennen varsinaista erotusprosessi a. Tähän .liittyen voidaan mainita seursavat julkaisut, DE-1265144, DE-1259857, EP-123911 ja EP-128545.

Edellä mainittuihin kaasun erotusprosessiin liittyy eräitä heikkouksia. Suurimpana niistä voidaan mainita tislauslait- « ii 3 76003 teiston suuri koko, jolloin jo itse laitteisto on huomattavan kallis. Lisäksi kaasun jakelusta tulee ongelmallinen ja huomattavan kallis kuljetusten vuoksi. Tämä korostuu etenkin harvaan asutuilla seuduilla. Kuljetuksia varten kaasu joudutaan vielä puristamaan korkeaan paineeseen n. 20 MPa vaikka kaasun käyttöpaine on tavallisesti suuruusluokaltaan n. 500 kPa. Puristaminen vaatii paljon energia, mikä puolestaan nostaa kaasun tuotantokustannuksia.

Toistaiseksi adsorbtioi aitteistoja on otettu tuotannolliseen käyttöön melko vähän, adsorbtioi aitteistol1 a voidaan kuitenkin olennaisesti eliminoida tislausmenetelmi 11 e ominaiset haitat ja heikkoudet. Laitteisto voidaan konstruoida pieneksi, jolloin mahdollistuu sen sijoittaminen kulutuskohteen läheisyyteen. Tällöin on etuna mm. se, että kaasun painetta ei tar— vitse nostaa kaasun käyttöpainetta korkeammaksi. Edelleen voidaan todeta, että käyttökustannukset rajoittuvat kulutetun paineilman tuottamiseen vaadittavan energian hankintakustannuksista.

Eräs äsorbtiomenetelmän haitta nykyisin käytössä olevilla laitteistoilla on riittämätön saavutettavissa oleva happipitoisuus. Tunnetuilla laitteistoilla se on tyypillisesti noin 60 7., kuitenkin korkeintaan 80 7.. Tällaiset pitoisuudet ovat kuitenkin täysin riittämättömiä esim. polttoleikkauksessa, jossa vaaditaan ehdottomasti yli 90 7. happipitoisuutta.

Toisen huomattavan epäkohdan muodostaa paineenvaihteluproses-sin edellyttämä monimutkainen säätö- ja ohjaisjärjestelmä. Tunnetuissa laitteistoissa on pääsääntöisesti käytetty mikro-prosessoriohjausta ja sähkö- tai magneettitoi mi si a toimielimiä kuten soienoidi venttii1ejä. Nämä eivät kuitenkaan sovellu käytettäviksi kosteissa ja kylmissä olosuhteissa kuten esim. of-f-share- tai kalanviljelylaitoksilla.

Esillä olevan keksinnön päämääränä on eliminoida edellä esitettyihin tunnettuihin erotusmenetelmiin liittyvät haitat ja 4 76003 heikkoudet sekä aikaansaada uudenlainen ja aikaisempaa yksinkertaisempi laitteista kaasun jakamiseksi osakomponentteihi n.

Nämä päämäärät on saavutettu keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteistolla, joille ominaiset tunnusmerkit on esitetty oheisissa patenttivatimuksissa.

Keksintö perustuu siis siihen perusajatukseen, että kaasun jakamiseksi osakomponentteihi n käytetään laitteistoa, joka sisältää yhdistelmänä ainakin - kaasun syöttölaitteen, edullisesti kompressorin, jolla kaasu, edullisesti ilma, tiivistetään, - vedenerotussuodattimet, jotka on sijoitettu kaasun syöttölaitteen yhteyteen, ja joilla kaasusta tiivistyksen yhteydessä erottunut vesi poistetaan, - valinnaisesti adsorbtiokuivai men, joka on optimoitu kuiva-usaineen, jaksoaikojen ja muiden toi mintaparametrien suhteen kuivatun paineilman, jonka kastepiste on edullisesti n. -40 Celsius-astetta, tuottamiseksi, - kaasun osakomponenttien erotussai1iön, joka sisältää ad- sorbti oai nekerroksen, edullisesti hapen ja typen erottamiseksi toisistaan, - syöttökaasusta erotetun kaasun osakomponentin varastoi nti -säiliön, - putkiston, joka liittää laitteiston eri osat virtausyhtey-teen toistensa kanssa, ja - pneumaattisesti toimivat säätö- ja ohjausvälineet kaasuvir-tausten ohjaamiseksi laitteiston eri osissa ja niitä toisiinsa yhdistävässä putkistossa, erityisesti osan varastoi nti säi 1 i össä olevasta kaasun osakomponentistä kierrättämiseksi takaisin adsorboi ntisäi1iöön adsorboi ntisäi1iön elvyttämistä varten, sekä - varastoi ntisäi1iön jälkeen sovitetut välineet erotetun kaasukomponentin jäikikäsittelemi seksi, edullisesti pneumaattinen paineenkohotusyksikkö erotetun kaasukomponentin varastoi mi seksi pai nepullohin.

Il S 76003

Keksinnön mukainen kaasun osakomponenttien erotuslaitteiston etuna on, että laitteisto on toi mintavarma myös kasteissa ja kylmissä olosuteissa, mitä edesauttaa pneumaattinen logiikka ja pneumaattiset toimielimet.

Tässä yhteydessä on syytä korostaa, että pneumaattisella tarkoitetaan tässä hakemuksessa puhtaasti paineilmalla toimivaa. Käyttävänä voimana on siis ainoastaan paineilma eikä ohjaus- tai säätövälineisiin kuulu lainkaan sähköisiä komponentteja. Tämä koskee myös logiikkaa eli ohjausjärjestelmää, jonka komponentteihin kuuluu paineilmalla toimivia mekaanisia kellolaitteita sekä muisteja.

Keksinnön mukaisesti ohjausjärjestelmällä on integroitu rakenne. Suurin osa sen komponenteista on järjestetty yhdelle ainoalle piirilevylle, joka puolestaan on suljettu tiiviiseen koteloon, edullisesti käytetään hybridi piiri1evytekniikkaa, jolla voidaan saavuttaa pitkä kestoikä, useita miljoonia , kytkentöjä. Täi Iäisen ratkaisun ansiosta ohjausjärjestelmä on suojassa kosteudelta ja kylmyydeltä. Lisäksi tarvittavien painei1maletkujen tarve on vähäisempi. Edelleen voidaan todeta, että pneumatiikan käyttö ei aiheuta kipinävaaraa, eikä tarvita sähköä; toiminta täysin pneumaattinen.

Keksinnön edullisen toteutusmuodon mukaisesti kuivaimen avulla voidaan aikaansaada syötettävän kaasun kuivaus. Tällöin paranee erotuslaitteiston toiminta verrattuna aikaisempiin ratkaisuihin oleellisesti etenkin kosteissa olosuhteissa. Keksinnön mukaisesssa laitteistossa on käytetty lisäksi runsaasti ruostumatonta terästä.

Varsinaiseen kaasun erotukseen voidaan tunnetusti käyttää erilaisia adsorboi nti aineita kuten silikageeliä tai etenkin synteettistä tai luonnollista zeoliittia. Luonnollisista seoliiteista voidaan mainita esimerkkeinä mordeniitti ja mordeniitti/klinopti1 oiiitti. Synteettisistä soveltuvat esim.

A- ja X-tyypin natriumzeoliitit, kuten 5A tai 13X. Zeoliit- 6 76003 tien molekyylirakenteessa voi alumiini- tai natriumionien ohella esiintyä muita metal 1i-ioneja, kuten kalsium- ja strontiumioneja. Zeoliitin teoreettisen huokoskoon tulee olla n. 4 Ä ja sen kidevesihaihtuvuuden > 200 Celsius-astetta.

Keksinnön merkittävimmät edut aiempiin ratkaisuihin verrattuna ovat seuraavat: 1) Tislausjärjestelmään verrattuna: - Hapen hinta muodostuu halvemmaksi (puhtausasteesta riippuen 1/5...1/10 markkinahinnasta).

- Happi pul 1 ojen kuljetus tulee tarpeettomaksi.

- Hapen puristaminen korkeaan paineeseen voidaan välttää <kaksipainejärjestelmän avulla päiväkäytössä matalapaine ja yöllä korkeapainepul1 ojen täyttö huippukulutuksen t varalle).

- Useissa käyttökohteissa ei välttämättä tarvita 997.: sta happea, jolloin kalliin, puhtaan hapen käyttö ei ole mi elekästä.

2) Muihin adsoprbtiojärjestelmiin verrattuna: - Suurempi saavutettavissa oleva hapen pitoisuus- tai puhtausaste ( = yl i 90 */. jopa 98 7.) .

- Korkeampi saanto: 1 nm /happea 1 nm /min painei1matuo- tolla, eli noin 87. teoreettisesta happimäärästä pitoisuudella 927..

- 2 nm /h happea 1 nm /min pai nei 1 matuotol 1 a eli noin 167. teoreettisesta happi määrästä pitoisuudella 877..

- Edellä mainitut arvot ovat vähintäin kaksinkertaiset markkinoilla oleviin laitteisiin verrattuna.

Paremmat suoritusarvot perustuvat ennenmuuta kuivaimen käyttöön ennen kaasun osakomponenttien erotusyksikköä. Kui-vain lisää i 1 mankuiutusta noin 10 7., mikä merkitsee vain vähäistä lisäystä käyttökustannuksiin, kun saantoa on mahdollista lisätä 50 7. ja samalla puhtausastetta nostaa oleelli- li 76003 sesti.

Suoritetuissa kokeissa keksinnön mukaisen pneumaattisesti ohjatun ja säädetyn erotuslaitteiston on todettu toimivan mm. kylmässä meri-i1 mastossa ilman minkäälaisia häiriöitä.

Keksintöä kuvataan seuraavassa esimerkinomaisesti sen eräiden edullisten toteutusmuotojen avulla oheisiin piirustuksiin viittaamalla, jossa kuvio 1 esittää periaatekaaviona keksinnön mukaista erotus-laitteistoa kaasun jakamiseksi osakomponentteihi n, kuvio 2 esittää pneumaattisesti toimivien venttiilien logiik- ' kapi irustuksen, kuvio 3 esittää pneumaattisten komponenttien kytkentäkaavion, ja kuvio 4 esittää kaaviomaisesti keksinnön erään edullisen sovellutusmuodon mukaiseen laitteestoon kuuluvaa erotetun kaasun paineenkohotusyksi kköä.

Kompressori 1 imee imuilman normaalista ympäristöstä ja syöttää tietyn ilmamäärän aikayksikössä ( = 100 V. ) tietyllä paineella ( norm. 700...750 kPa ). Ilma johdetaan jälki jäähdytti meen 2, joka voi kuulua kompressoriin 1.

Ilmassa oleva kosteus alkaa lämpötilan laskiessa tiivistyä < kastepisteessä ) vedeksi, minkä vuoksi jäikijäähdyttimeen on liitetty automaattinen 1auhteenpoistin 3 syntyneen lauhteen poistamiseksi aikaajoin tai jatkuvasti. Ilma johdetaan edelleen painesäi1iöön 4, jonka koko määräytyy kompressorin koon ja tyypin mukaan.

Myös säiliöissä kondensoituu vettä ilman jäähtyessä, jolloin häiriöttömän toiminnan varmistamiseksi on tarpeen käyttää 8 76003 1auhteenpoistinta 5. Säiliöstä 4 ilma johdetaan suodattimien 6 ja 7 läpi. Näistä ensimmäinen on esisuodatin 6 ja toinen hienosuqdatin 7. Esisuodatin b poistaa suurimman osan ilman mukana kulkeutuvasta pisaroituneesta vedestä, jolloin siihen liittyy 1auhteenpoistin 8. Hienosuodatin 7 on tarkoitettu pääasiassa erottamaan ilmasta öljy, jota syntyy mikäli kompressori 1 on öljyvoideltu.

Jos kompressori on öljytön (so. öljytöntä ilmaa tuottava) voidaan hienosuodatin jättää pois järjestelmästä, öljyn poistamiseksi hienosuodattimessa 7 on 1auhteenpoistin 9. öljyn erottaminen kuivaimelle johdettavasta ilmasta on tärkeää sen ' vuoksi, että absorboivan aineen teho heikkenee ja käyttöikä lyhenee oleellisesti mikäli siihen pääsee öljyä.

Paineilma johdetaan kuivaimelle vuorotellen jompaankumpaan adsorboivalla aineella (silikageeli tai molekyyliseula) täytettyyn säiliöön 14 tai 15 pääventtii1ien 10 ja 11 avulla. Venttiileitä ohjataan mikroprosessoriperustaisei le ohjelmoitavalla automatiikai 1 a 27, joka on edullisesti kuitenkin pneumaattinen logiikka. Mikäli säiliö 14 (myös torni) kuivaa, on venttiili 10 auki ja venttiili 11 kiinni. Samoin ns. elvytysventtii1i 12 kiinni ja säiliöön 15 kytketty elvytys-venttiili 13 auki.

Tällöin ilma virtaa suodattimelta 7 venttiilin 10 kautta säiliöön 14 ja kuivuu siinä edetessään (vesi adsorboituu kuivausaineeseen). Tullessaan ulos säiliöstä 14 ilma kulkee vastaventtii1in 20 kautta suodattimel1 e 24, sillä vastavent-tiilit 18 ja 21 Ovat estosuuntaan. Pieni osa (yleensä 10...12 7. heatless-tyyppisissä kuivaimissa ja 2...4 7. lämmöllä elvytettävissä kuivaimissa) käytetään toisen kuivaimen 15 (nyt säiliönä toimivan tornin) elvutukseen. Tämä määrä säädetään kuristimella 23 ja se otetaan päävirtauksesta suodattimen 22 läpi.

Elvytysilma kulkee kuristimelta 23 vastaventtii1 in 19 kautta, li 9 76003 koska kuristin pudottaa paineen .ia vastaventti i 1 i n 18 takana on n. 700 kPa paine. Elvytysilma kulkee edelleen säiliöön 15, koska vastaventti i 1 in 21 takana on pain· _ia koska toisaalta säiliön alapäässä venttiili 15 on auki ja venttiili 11 on kiinni. Näin elvytysilma huuhtelee tornia 15 tornissa 14 tapahtuvaan ilmavirtaukseen nähden vastakkaiseen suuntaan ja vapautuu sidottuuaan itseensä kosteutta venttiilin 13 ja äänenvaimentimen 16 kautta ulkoilmaan.

Kuivaavassa säiliössä 14 on siis kompressorin 1 synnyttämä ' paine (esim. 700 kPa) ja elvytettävässä säiliössä 15 alhaisempi paine (esim. normaali-i1manpaine) .

Ennalta määrätyn ajan, edullisesti 9 minuuttia, säiliön 14 aloitettua kuivauksen venttiili 13 sulkeutuu, mikä estää elvytysilman kulun ulos säiliöstä 15, jolloin säiliö 15 alkaa pai neistua.

Kun molemmat säiliöt 14 ja 15 ovat samassa paineessa vaihdetaan venttiilien 10 ja 11 asennot, so. venttiili 10 suljetaan ja venttiili 11 avataan. Tällöin kompressori1 ta 1 tuleva ilma alkaa kulkea säiliön 15 kautta. Tietyn ajan (esim. 10 sekuntia) kuluttua venttiili 12 avataan, jolloin paine säiliössä 14 laskee ja sen elvytys voi alkaa. Näin kuivaus saadaan jatkuvaksi säiliöiden 14 ja 15 toiminnan tapahtuessa vuoro-tel1 en.

Kuivattu paineilma johdetaan ulostulosta suodattimel 1 e 24, jonka tehtävänä on poistaa kuivausaineesta ilmaan irronnut pöly. Tämän jälkeen paine lasketaan paineenalentimel1 a 25 sopivaan arvoon, joka on edullisesti noin 500 kPa. Ilmanvif— taus tasataan säiliöllä 26.

Kuivausyksikön 14,15 sijasta tai sen toiminnan täydentämiseksi voidaan kuivausyksikköä seuraavaan kaasun osakomponenttien erotussäi1iöön 34 sijoittaa kosteutta adsorboiva ainekerros. Edullisesti täi Iäinen ainekerros sovitetaan säiliön pohja- 10 76003 osaan.

Kuvion 1 mukaisessa toteutusmuodossa kuivausyksikössa 14,15 suoritetun ilman kuivauksen jälkeen ilma johdetaan kaasun osakomponenttien erotussäi1iöön 34, josta jatkossa käytetään nimitystä hapenerotin. Hapenerottimen sisäänsyötön (ja elvytyksen ulostulon) puoleinen pää on konstruitu samanlaiseksi kuin kuivaussäi1iössä 14 tai 15. Venttiili 28 on pääventtii-1i 5 joka ohjaa ilman kulkua adsorbtiosäi1iöön 34 ja venttiilillä 30 säädetään typpirikkaan poistokaasun virtausta säiliöstä 34 .

Oletetaan, että säiliö 34 on adsorboi nti ti 1assa. Tällöin venttiili 28 on auki ja venttiilit 30 kiinni, jolloin ilma kulkee säiliöön 34, jonka läpi edetessään hapen virtaus tapahtuu nopeammin kuin typen virtaus. Ulostulosta venttiilin 36 ollessa auki happi pääsee vastaventtii1in 38 kautta suo-dattimeen 42, jonka jälkeen olevalla kuristimella 43 säädetään virtausmäärä ja edelleen varaventtiilin 41 kautta varastointi säi 1 i öön 45, johon erotettu happi varastoidaan. Kuristimen jälkeen on edullista sijoittaa vielä virtausmittari (ei esitetty kuviossa).

Adsorbointisäi1iön 34 alkaessa tuottaa happea eli kun venttiili 28 auki on tuoton alusta myös venttiili 26 auki tietyn ajan, tyypillisesti 7 sekuntia, jolloin happi pääsee virtaamaan varaventtiilin 41 kautta varastointisäi1iöön 45, ja sen paineistuminen puhtaalla hapella alkaa. Noin 7 sekuntia jatkuvan paineistumisen jälkeen, jona aikana varastoi ntisäi1iön 45 paine on noussut arvoon n. 500 kF'a, keskeytetään hapen tuotto sulkemalla venttiili 36.

Tämän jälkeen, tyypillisesti noin 11 sekunnin kuluttua, aloitetaan ' adsorbointisäi1iön 34 elvytys aukaisemalla venttiili 30, jolloin adsorboi ntisäi1iö 34 alkaa tyhjentyä äänenvaimen-timen 32 kautta ulos, jollain adsorboi ntisäi1iöön 34 kertynyt typpirikas ilma pääsee poistumaan. Tietyn ajan, tyypillisesti ( li 11 76003 noin 16 sekunnin, kuluttua adsorboi ntisäi1iö 34 on tyhjentynyt ylipaineettomaksi. Tällöin avataan lisäksi venttiili 37, jolloin happi pääsee virtaamaan varastointisäi1iöstä 45 varaventtiilin 39, suodattimen 42, kuristimen 43 ja varaventtiilin 40 kautta adsorboi ntisäi1iöön 34 tietyn ajan, tyypilli- ' sesti n. 7 sekuntia, venttiilin 30 ollessa auki ja säiliön 34 ollessa elvytyksessä. Tämän jälkeen suljetaan venttiilit 30 sekä 37 ja avataan venttiili 28, jollain adsorbointisäi1iöön 34 alkaa virrata kuivattua ilmaa se alkaa paineistua. Tämä paineistuminen kestää tyypillisesti n. 11 sekuntia , minkä jälkeen adsorboi ntisäi1iön 34 toiminta jatkuu edellä kuvatulla tavalla.

Varastoi ntisäi1iöstä 45 happi otetaan käyttöön avaamalla sulkuventtii1i 46 ja valitsemalla suorakäyttö tai korkea-painelataus koi mi tieventtii1i11ä 51. Suorakäytössä (0 ...

500kPa) happi johdetaan pneumaattisesti ohjatulle pumpulle 49 ja siitä edelleen jakeluputkistoon 50. Korkeapainelatauksessa varastoi ntisäi1iöstä tulevan happikaasun paine nostetaan pneumaattisesti ohjatulla paineenkohotusyksiköl1ä 70 haluttuun paineeseen, esim. kuviossa 1 esitettyä happipullon täyttöä varten.

Paineenkohotusyksikkönä 70 voidaan käyttää esim. kuvion 4 kaltaista järjestelmää, jolla kaasun loppupaine voidaan kohottaa varastosäi1iössä 45 olevasta 500 kPa:n paineesta jopa 70 MPasiin. Tälläiseen järjestelmään sopivia komponentteja on kaupallisesti saatavana Schmidt, Kranz & Co. GMBHzsta ja niihin viitataan seuraavassa käyttämällä sulkeissa mainitun yhtiön tuotekoodeja. Esitettyyn paineenkohotusyksikköön kuuluu; alhaisemmalla painealueella, 200 kPa... 32 MPa, toimiva ensimmäinen, kaksivaiheinen työsylinteri 71 (OLE 5-30) ; korkeammalla painealueella, 3,5 MPa - 70 MPA, toimiva toinen, kaksivaiheinen työsylinteri 72 (DLE 75-10; varoventtii1i11ä f 73 varustettu, paineakkuna toimiva välisäiliö 74, joka on sovitettu mainittujen sarjamaisesti peräkkäin toimivien työ-sylinterien 71 ja 72 välille; työsylinterien 71 Ja 72 toimin- 76003 12 taa ohjaava ohjausi1mayksikkö 75, jonka syöttämän ohjausilman paine on tyypillisesti välillä 100 kPa...l,l Mpa; ensimmäinen, sul kuventt i i 1 i 7 6, joka vaikuttaa ensimmäiseen työsylin- ( teriin 71, toinen sulkuventtii1i 77 ja paineensäätö-venttiili 78, jotka vaikuttavat toiseen työsylinteriin 72.

Painelimansyöttöventti i1in 28, typenpoistoventtii1in 30 sekä hapenpoistoventtii1ien 36 ja 37 toimintakaavio on esitetty kuviossa 2. Kaaviossa mainitut ajat ovat säädettävissä po»— taattomasti.

Venttiilien 28,30,36 ja 37 ohjaukseen on käytetty pneumaattisia ajastimia sekä suuntaventtii1ejä. Ohjauksessa on lisäksi mukana varoventtii1i, joka pysäyttää työkierron mikäli adsor-bointisäi1iön paine ylittää ennalta määrätyn arvon. Ohjausjärjestelmä on integroitu, suurin osa pneumaattisista komponenteista on sovitettu piirikorttiin, jolloin kaikki niiden väliset virtauskanavat ovat sanotussa kortissa eikä erillisiä paineletkuja tarvita. Jäljempänä mainittuja pneumaattisia komponentteja on kaupallisesti saatavana 0V FEST0 ABsstä ja niihin viitatan mainitun yhtiön tuotekoodeja käyttämällä.

Kuten kuviosta 3 ilmenee on paineilman syöttöventtii1i 28 sekä typenpoistoventtii1i 30 kytketty toimimaan vuoron perään. Hapenpoistoventtii1it 36 ja 37 sensijaan on kytketty toimimaan rinnakkain. Mainitut venttiilit VLX-2-tyyppisiä pneumaattisia kalvoventtiileitä. Venttiilien toimintaa säätää vaihtokytkimenä toimiva nk. -f 1 i p—f 1 op ventt i i 1 i 52, joka on kytketty toi mintakierron muistaviin, yhdellä ulostulolla varustettuun impulssiventtii1iin 53. Esimerkin mukaisessa laitteistossa on käytetty VLL-5-PK-3- (52) sekä vastaavasti J-3-3.3- (53) tyyppisiä komponentteja. Ohjausjärjestelmän varsinaisen ajastimen muodostaa neljä VUZ-tyyppistä ajastus- ' yksikköä 55, 56, 57 ja 58. Niissä on paineilmalla toimivat mekaaniset kellolaitteet, joihin asetaan haluttu aikasekvens-si. Ne säätävät kytkentäkaaviossa esitetyllä tavalla, eli sekä muistiventtii1in 53 välityksellä että suoraan (venttii-

II

76003 13 lit 36 .ia 37) kai voventt i i 1 i en toimintaa. Kahdella ulostulolla varustettu J-5-3.3 impulssi venttii1i 59 ohjaa suoraan kahden ajastusyksikön <56 ja 58) sekä vaihtokytkimen 52 toimi ntaa.

Adsorbtiosäi1iön toiminnan varmistamiseksi siihen on asennettu paineanturi, joka on kytketty VD-3-3.3-tyyppiseen pai-neensäätÖventtii1iin 62. Paineen ylärajaksi on valittu 800 kPa. Paineensäätöventtiili 62 on kytketty rinnakkain käsisää-töisen hai 1intaventtii1in 63 (SV-3-M5-N-22-S) kanssa pääsul-kuventtii1iin 61 (VL/0-3-3.3). Tämä puolestaan on kytketty "tai"-venttii1iin 60 (OS-6/3-3.3), johon on yhdistetty myös toinen hai 1intaventtii1i 64.

Ohjausjärjestelmä käynnistetään hai 1intaventtii1istä 63 (tai 64), minkä jälkeen järjestelmä toimii automaattisesti, säätäen venttiilien 28, 30, 36 ja 37 toimintaa asetetun sekvenssin (esitetty kuviossa 2) mukaisesti. Mikäli adsorbtioyksikön paine nousee liian korkeaksi pääsulkuventtii1i 61 pysäyttää työkierron. Se voidaan kuitenkin käynnistää uudelleen hallin-taventtii1istä 64 (tai paineen laskettua hai 1intaventtii1istä 63) .

Ohjausjärjestelmä toimii käyttäen 500 ... 600 kPa:n paineil maa täysin pneumaattisesti. Paineilma saadaan huoltoi aitteen kautta sinänsä tunnetusta painei1malähteestä kuten kompressorista. Painei1malähdettä ei ole esitetty piirustuksissa. Paineilma johdetaan järjestelmään kuten kuviosta 3 ilmenee hai 1intaventtii1ien 63 ja 64 kautta.

f

Pneumaattiset komponentit 52...62 on asetettu yhteen piirikorttiin, joka on sijoitettu tiiviiseen koteloon. Hallinta-venttiilit on asennettu kotelon ulkopintaan. Tälläisen järjestelyn ansiosta tarvitaan ainoastaan hai 1intaventtii1ien Ja piirikortin sekä vastaavasti piirikortin Ja kaivoventtii1 en välisiä paineilmaletkuja.

76003 14

Vastaavanlaisista pneumaattisista komponenteista 52...64 kokoonpantavaa ohjausjärjestelmää voidaan edullisesti käyttää ohjaamaan myös kaksisäi1iöisen kuivausyksikön pääventtii1ien 10 ja 11, päästöventtii1ien 12 ja 13 toimintaa.

Keksintöä on kuvattu edellä vain sen erään edullisen toteu-tusesimerkin avulla. Tällä ei luonnollisestikaan ole haluttu rajata keksintöä vaan keksinnön ja/tai sen yksityiskohtien moni maiset variaatiot ovat mahdollisia oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Niinpä adsorbtiDkuivai n voi koostua myös yhdestä säiliöstä, jolloin sen elvyttämiseen käytetään erotussäi1iöstä takaisin kierrätettävää erotettua kaasun osakomponenttia. Edelleen on huomattava, ett syöttökaasuna toimivan ilman tiivistämiseen tarvittava kompressori 1. voidaan korvata jo ennestään saatavilla olevalla paineilmalla. Laitteistokokonaisuuden rakenteen pysyessä samana voidaan toimintajaksoja muuttamalla hapenerotussäi 1 i ö sovittaa erilaisille? toiminta-arvoille. Erotussäi1iöstä ja varastoi ntisäi1iöistä tai -säiliöstä koostuva kokoonpano voidaan kahdentaa, jolloin on jälkimmäisen kokoonpanon syöttökaasuna on ensimmäisessä kokoonpanossa erotettu runsashappinen kaasu, ja jolloin on mahdollista saavuttaa suuri puhtausaste. '

II

Claims (13)

1. Väkevöimismenetelmä kaasun Jakamiseksi osakomponentteihi n, erityisesti hapen erottamiseksi ilmasta, tunnettu siitä, että menetelmässä toisiaan seuraavissa vaiheissa - ilma paineistetaan normaali-i1manpainetta korkeampaan paineeseen, - paineistuksen yhteydessä tiivistyvä vesi poistetaan, .ia paineistettu ilma mahdollisesti kuivataan, - paineistettu ilma johdetaan adsorboi nti sai 1iöön (34), joka sisältää kaasun osakomponenttien erottamiseen sopivaa adsorboi nti ainetta, kuten luonnollista tai synteettistä seoliittia, - adsorboi ntisäi1iöstä (34) ulostuleva runsaasti happea sisältävä tuotevirta johdetaan välisäi1ytykseen (45) ja/tai käyttökohteesen, jälkikäsittelyyn tai vastaavaan, - pienempi osa välisäi1ytykseen johdetusta tuotevirrasta kierrätetään takaisin adsorboi ntisäi1iön (34) läpi adsor— bointiaineeseen sitoutuneen runsaasti typpeä sisältävän kaasun poistamiseksi, ja että paineistetun ilman virtausta adsorboi ntisäi1iöön , (34) sekä runsaasti happea sisältävän tuotekaasun ja runsaasti typpeä sisältävän poistokaasun virtausta adsorbointi-säiliöstä (34) ohjataan ja säädetään pneumaattisten toimielinten (28,30,36,37,52...64) avulla, jolloin hapen erottuminen ilmasta tapahtuu luotettavasti ja turvallisesti myös kosteissa ja/tai kylmissä olosuhteissa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paineistettu ilma, josta on erotettu tiivistynyt vesi, johdetaan ainakin kaksisäi1iöiseen kuivausyksikköön (14,15), jossa on kosteutta adsorboivaa kui vausai netta, edullisesti silikageliä tai molekyyli seula, ilman kuivaamiseksi sopivaan kosteusasteeseen, edullisesti siten, että kaivauksen jälkeen paineistetun ilman kastepiste on noin -40 Celsius-astetta, ja että paineilman virtausta kosteutta adsorboivaan kui vausyksi kköön (14), kuivatun ilman virtausta 76003 16 kosteutta adsorboi vasta kuivaussäi1iösta (14) sekä kosteutta sitoneen kuivatun ilman virtausta elvytettävästä kuivaussäi-1iosta (15) ohjataan Ja säädetään pneumaattieten toimielinten (10...13,18...21) avulla.

3. Kaasun väkevöimislaitteisto, erityisesti hapen erottamiseksi ilmasta, tunnettu siitä, että se sisältää yhdistelmänä ainakin: - kaasun syöttölaitteen (1), edullisesti kompressorin. Jolla kaasu, edullisesti ilma, tiivistetään, - vedenerotussuodattimet (3,5,6), Jotka on sijoitettu kaasun syöttölaitteen (1) yhteyteen, Ja joilla kaasusta tiivistyksen yhteydessä erottunut vesi paistetaan, - valinnaisesti adsorbtiokuivai men (14,15), joka on optimoitu kuivausaineen, jaksoaikojen ja muiden toi mintaparametrien suhteen kuivatun paineilman, jonka kastepiste on edullisesti n. -40 Celsius-astetta, tuottamiseksi, - kaasun osakomponenttien erotussäi1iön (34), joka sisältää absorbtioainekerroksen, edullisesti luonnollista tai synteettistä zeoliittia hapen ja typen erottamiseksi toisistaan , - syöttökaasusta erotetun kaasun osakomponentin varastointi-säi1i ön (45), - putkiston, joka liittää laitteiston eri osat virtausyhtey-teen toistensa kanssa, ja - pneumaattisesti toimivat säätö- ja ohjausvälineet (28,30, 36,37,52...64) kaasuvirtausten ohjaamiseksi laitteiston eri osissa ja niitä toisiinsa yhdistävässä putkistossa, erityisesti osan varastoi ntisäi1iössä (45) olevasta kaasun osakomponentista kierrättämiseksi takaisin adsorbointisäi1iöön (34) adsorboi ntisäi1iön elvyttämistä varten, sekä - varastoi ntisäi1iön (45) jälkeen sovitetut välineet erotetun kaasukomponentin jäikikäsittelemi seksi, edullisesti pneumaattinen paineenkohotusyksikkö (70) erotetun kaasukomponent in varastoimiseksi painepul1 oi hi n.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laitteisto, tunnettu li 17 7 0003 siitä, että säätöelimet muodostuvat pneumaattisista venttiileistä (28,30,36,37) sekä niiden toimintaa ohjaavista Ja sAAtAvi.stA pneumaattisista komponenteista (32...64).

5. Patenttivaatimusten 3 ja 4 mukainen laitteisto,-, tunnettu siitä, että kuivausyksikköön kuuluu ainakin kaksi adsorboi nti sai 1iötä (14,15), jotka sisältävät kosteutta adsorboivana aineena edullisesti silikageeliä tai molekyyliseulan, ja että adsorboi nti yksi kköön kuuluu siihen tulevan ilmavirtauksen ja siitä poistuvien ilmavirtausten pneumaattiset säätöelimet (10...13), edullisesti venttiilit.

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen laitteisto, tunnettu kosteutta adsorboivasta kuivausainekerroksesta, joka on sijoitettu adsorbtiosäi1iöön (34,35). »

7. Jonkin patenttivaatimuksen 4...6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että mainitut säätöventtii1it koostuvat pneumaattisista kai voventti i leistä (10... 13; 28,30.

8. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 3...7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että pneumaattisten säätö-elinten (10...13,28,30,36,37) toimintaa ohjaavat pneumaattiset komponentit käsittävät ainakin pneumaattiset ajastimet (55...58) ja pneumaattiset impulssiventtii1it (53,59).

9. Jonkin patenttivaatimuksen 3...8 mukainen laitteisto, tunnettu paineensäätöventtii1istä (62), joka on yhtäältä kytketty adsorboi ntisäi1iöön (34) sijoitettuihin pai-neanturoihin ja toisaalta pneumaattisen ohjausjärjestelmän (52...64) pääsulkuventtii1iin (61), ja joka on sovitettu pysäyttämään laitteiston työkierto mikäli adsorboi ntisäi1iön paine ylittää ennalta määrätyn, korkeimman sallitun arvon.

* · 10. ‘Jonkin patenttivaatimuksen 3...9 mukainen laitteisto, tunnettu paineensäätöventtii1istä (62), joka on yhtäältä kytketty - kuivaussäi1iöihi n (14,15) sijoitettuihin 76003 ia paineanturoihin ja toisaalta pneumaattisen ohjausjärjestelmän <52...64) pääsulkuventtii1iin (61), ja joka on sovitettu pysäyttämään laitteiston työkierto mikäli kui vaueäi 1 i örv paine ylittää ennalta määrätyn, korkeimman sallitun arvon.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 3...10 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että ohjausjärjestelmä on integroitu yhteiseen koteloon, jolloin suurin osa sen komponenteista (52 ... 64) on sijoitettu mainittuun koteloon, joka on tiiviisti suljettava.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 3...11 mukainen laitteisto, tunnettu tuotekaasuvirran suunnassa varastointisai 1i-ön (45) jälkeen sovitetusta pneumattisesti ohjatusta tuote- < kaasun paineenkohotusyksiköstä (70).

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että paineenkohotusyksikköön (70) kuuluu; - alhaisemmalla painealueella toimiva ensimmäinen, kaksivaiheinen työsylinteri (71), - korkeammalla painealueel1 a toimiva toinen, kaksivaiheinen työsylinteri (72), - varoventtii1i1lä (73) varustettu väli säiliö (74), joka on sovitettu mainittujen sarjamaisesti peräkkäi.n toimivien työ-sylinterien (71,72) välille, - ohjausi1mayksikkö (75), - ensimmäinen sulkuventtii1i (76), joka vaikuttaa ensimmäiseen työsylinteriin (71), - toinen sulkuventtii1i (77) ja paineensäätöventtii1i (78), jotka vaikuttavat toiseen työsylinteriin (72). Il 76003 19