NL2008564C2 - Inrichting voor het verwijderen van ten minste ã©ã©n stof uit een stroom fluã¯dum. - Google Patents

Description

INRICHTING VOOR HET VERWIJDEREN VAN TEN MINSTE ÉÉN STOF UIT EEN STROOM FLUÏDUM

De onderhavige uitvinding betreft een inrichting voor 5 het verwijderen van ten minste één stof uit een stroom fluïdum, met ten minste eigenschappen, welke zijn gedefinieerd in de aanhef van de betreffende onafhankelijke van de bijgevoegde conclusies.

Bijvoorbeeld wordt een dergelijke inrichting toegepast 10 in het toepassingsgebied van het onttrekken van zuurstof aan een stroom omgevingslucht om een in hoofdzaak alleen stikstof bevattende residuele stroom te creëren. Daarbij wordt de zuurstof afgevangen in een container, met en door een werkzame stof in de container. Een dergelijke werkzame 15 stof is algemeen bekend, en hier zal daarnaar worden gerefereerd als actief kool.

In de bekende inrichting en bij de bekende werkwijze wordt een stroom omgevingslucht met de toevoerpomp onder verhoogde druk in de container gestuwd. De zuurstof wordt in 20 de container uit de stroom omgevingslucht afgevangen door het actief kool, en de residuele stroom verlaat de container via de uitgang. Wanneer de inrichting enige tijd aldus in werking is geweest, treedt verzadiging van de actief kool op, en wordt verder geen zuurstof meer aan de stroom 25 onttrokken. De uit de stroom onttrokken zuurstof dient dan kan worden onttrokken aan de actief kool om opnieuw zuurstof aan de stroom te kunnen onttrekken. Daartoe wordt de toevoerpomp buiten werking gesteld of ontkoppeld van de toevoer van de container, of iets dergelijks. Daarna wordt 30 de afvoerpomp aan de afvoer van de container in werking gesteid om althans bij benadering een vacuüm in de container te creëren, of althans een aanzienlijk verlaagde druk daarin. Onder deze lage druk komt de zuurstof vrij uit de 2 actief kool, en is via de afvoer terug in de omgeving te lozen of kan worden verzameld om zelf nuttig te worden gebruikt.

De bekende inrichtingen en werkwijzen vertonen een 5 nadeel, dat brosse materialen, zoals korrels actieve kool 8, (gemakkelijk) kunnen verkruimelen of verbrokkelen in uitgaande of binnenkomende luchtstromen. Dit betreft een cascade-effect; als dit verschijnsel eenmaal begint op te treden, komt er steeds meer ruimte voor de korrels om te 10 oscilleren, vibreren of bewegen in de luchtstromen (binnenkomend of uitgaand), waardoor steeds meer korrels kool hierdoor aangetast raken en er weer meer bewegingruimte komt.

Verder geldt, dat bij het vacumeren van de container of 15 het vat aanzienlijke krachten inwerken op de container of het vat, en meer in het bijzonder op de wanden daarvan. De gevoeligheid van de container voor vacumeren schuilt niet alleen in het vacumeren, maar juist in het cyclisch vacumeren, waarbij verhoogde druk enerzijds en verlaagde en 20 vacuüm benaderende druk anderzijds elkaar afwisselen. De veiligheidsvoorschriften zijn vooral in dit opzicht veelal (en afhankelijk van nationale regelgeving) zeer streng; te allen tijde dient te worden gewaakt voor het gevaar van indrukking of zelfs implosie van de container of het vat, 25 die verzwakt kan raken door de afwisselende verhoogde en verlaagde drukken daarin. Daarbij worden immer strengere regels gesteld aan de sterkte van de container of het vat zelf om goed bestand te zijn tegen de afwisselen verhoogde en verlaagde drukken. Echter, daardoor lopen de 30 productiekosten en -tijden fors op, en producenten zoeken immer en al lang naar levensvatbare oplossingen om aan de terecht gewenste veiligheid tegemoet te komen, doch zonder noemenswaardige resultaten.

3

Met de onderhavige uitvinding is beoogd de nadelen van de bekende techniek te verhelpen of althans te verminderen en de veiligheid van de inrichtingen te verbeteren, waartoe verrassenderwijs een inrichting volgens de onderhavige 5 uitvinding zich van de bekende configuraties onderscheidt door ten minste één mechanische krachtgenerator, welke althans in gebruik van de inrichting inwerkt op ten minste de werkzame stof en aldus op de container ter versterking daarvan, in het bijzonder wanneer de afvoerpomp een vacuüm 10 in de container bewerkstelligt.

Aldus is het mogelijk tegemoet te komen aan de behoeften, veiligheidsvoorschriften en te bieden veiligheid, zonder of met zo gering mogelijke ingrijpende wijzigingen in het ontwerp van de container. In feite is het door of met de 15 onderhavige uitvinding mogelijk te maken om zeer lichte vaten als container te gebruiken, welke op zichzelf niet in staat geacht zouden mogen worden om de bij het vacumeren vrijkomende krachten te weerstaan. Echter in de combinatie met de krachtgenerator, welke de container of het vat ten 20 minste gedeeltelijk via de werkzame stof versterkt, kan zelfs een ongekend licht - zelfs op zichzelf "zwakker" dan voorheen - container of vat worden toegepast voor het aan stromen fluïdum als omgevingslucht onttrekken van zuurstof of stikstof, waarbij vacumeren een benodigde of althans 25 toegepaste stap is.

Verder geldt dat wanneer de vulling met de korrels minder dan een beoogde vulgraad van 100% is, wanneer er dus vrije ruimte is voor de korrels om te vibreren, oscilleren of bewegen in de luchtstroom, het comprimeerbare lichaam of 30 de ballon 21 kan expanderen om de korrels te beschermen tegen verkruimeling of verbrokkeling, hetgeen de vulgraad verder zou verlagen waarbij een progressieve verslechtering van de effectiviteit van het systeem zou kunnen ontstaan.

4

Dit wordt effectief tegengegaan met de uitvinding voor wat betreft het expandeerbare lichaam of enig welk andere vorm van een krachtgenerator.

In de afhankelijke conclusie zijn 5 voorkeursuitvoeringsvormen gedefinieerd, waartoe de onderhavige uitvinding niet is beperkt. Zo kan de mechanische krachtgenerator worden vormgegeven het als een hydraulische, pneumatische balg of ballon, of als hydraulische, pneumatische of motorische zuiger. Deze en 10 vele andere mogelijke uitvoeringsvormen zullen hieronder nader worden beschreven of vermeld, al dan niet in samenhang met de bijgevoegde tekening.

Hieronder volgt namelijk een beschrijving van in de bijgevoegde tekening weergegeven uitvoeringsvormen, waartoe 15 de onderhavige uitvinding eveneens niet is beperkt, hetgeen tevens geldt voor de eigenschappen in de afhankelijke conclusies, waarbij voor dezelfde of soortgelijke elementen, componenten en aspecten dezelfde referentienummers kunnen zijn gebruikt, en waarin: 20 Fig. 1-3 een uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de onderhavige uitvinding tonen in diverse werkingstoestanden daarvan;

Fig. 4 een andere uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de onderhavige uitvinding toont, welke geschikt en 25 ingericht is voor continu bedrijf;

Fig. 5 en 6 mogelijke uitvoeringsvormen tonen van het verloop van druk in ballonnen of balgen om deze te expanderen en zo samendrukken van de werkzame stof en versterking van de container te bewerkstelligen; 30 Fig. 7 een aanvullende of alternatieve uitvoeringsvorm toont van een zuiger in een cilindervormige container ais zijnde de krachtgenerator in een inrichting volgens de onderhavige uitvinding; en 5

Fig. 8 een aanvullende uitvoeringsvorm toont van een container met een houder als aanvulling op de mechanische krachtgenerator.

In fig. 1, 2 en 3 betreffen een op een enkel vat 1 als 5 uitvoeringsvorm van een container I gebaseerde inrichting volgens de onderhavige uitvinding. Fig. 4 toont een op twee vaten 1, 2 gebaseerde uitvoeringsvorm.

In de fig. 1, 2 en 3 dient de inrichting voor het verwijderen van ten minste één stof uit een stroom fluïdum. 10 De stroom fluïdum is in het hier gegeven voorbeeld omgevingslucht. De te verwijderen stof kan bijvoorbeeld zuurstof zijn, om die te winnen, of juist de residuele stroom na het verwijderen van de zuurstof te winnen, met daarin in hoofdzaak een hoge concentratie aan stikstof.

15 De omgevingslucht wordt ingebracht in het vat 1 via een toevoer 17 aan het vat 1 middels een toevoerpomp 6. Het vat 1 bevat een werkzame stof, zoals actief kool 8, voor het uit de van de pomp 6 afkomstige stroom omgevingslucht isoleren en vasthouden van de zuurstof. Het vat 1 omvat verder een 20 uitgang 16 voor de residuele stroom fluïdum. Die residuele stroom fluïdum kan worden afgevangen, als het winnen van stikstof beoogd is. De inrichting bevat verder een afvoer 20 aan het vat 1, waarlangs zuurstof kan worden afgevoerd na het regenereren van de actief kool 8, d.w.z. het daaruit 25 losmaken van de zuurstof.

De kool 8 omvat deeltjes of korrels actieve kool, die niet samendrukbaar zijn. De deeltjes of korrels kunnen bij wijze van voorbeeld een diameter hebben van ca. 2 mm, maar kunnen binnen het kader van de uitvinding ook andere 30 maatvoeringen hebben. Het vat 1 bevat - in aanvulling op de actieve kool 8 - een expandeerbaar lichaam, welke in de in Fig. 1 getoonde uitvoeringsvorm is vormgegeven als een ballon 21. De ballon 21 is verbonden met een pomp 22, om de 6 ballon 21 selectief te laten expanderen. Als comprimeerbare werkzame stoffen worden toegepast in de plaats van de actieve kool 8, zal expansie van de ballon 21 de werkzame stof laten comprimeren. De uitvinding is echter effectiever 5 - ook al is comprimeerbare werkzame stof niet uitgesloten - bij toepassing van niet-comprimeerbare werkzame stoffen, zoals de genoemde uitvoeringsvorm van bijvoorbeeld korrelvormige actieve kool. Wanneer de pomp 22 in bedrijf wordt gesteld en de ballon 21 expandeert, worden de korrels 10 actieve kool 8 samengedrukt en tegen de binnenwanden van het vat 1 gedrukt, zodat een buitenwaarts georiënteerde kracht op de binnenwanden van het vat 1 ontstaat. Wanneer vacuüm in het binnenste van het vat 1 wordt aangelegd, moeten de wanden sterk genoeg zijn om vervorming of zelfs implosie 15 tegen te gaan. Door de maatregel van het expandeerbare lichaam in de uitvoeringsvorm (hier) van een ballon 21, kan het vat 1 op zichzelf minder sterk zijn om toch een volgens veiligheidsvoorschriften adequate configuratie te verschaffen.

20 De ballon 21 (of welke andere uitvoeringsvorm van een expandeerbaar lichaam dan ook) behoeft niet groot te zijn in relatie tot het binnenvolume van het vat 1, wanneer het vat 1 al met zo veel mogelijk korrels actieve kool 8 wordt gevuld. Wanneer comprimeerbare werkzame stoffen worden 25 gebruikt, kan een aanzienlijker volume (in geëxpandeerde toestand van de ballon 21 en in relatie tot het binnenvolume van het vat) nodig of gewenst zijn. Ook dit is een reden om niet-comprimeerbare werkzame stoffen te prefereren, maar comprimeerbare stoffen niet uit te sluiten van bescherming 30 voor de onderhavige uitvinding volgens de geappendeerde conclusies.

De ballon 21 (of enig ander expandeerbaar lichaam) is bij voorkeur centraal in het vat 1 aangebracht, en de pomp 7 22 kan buiten het vat 1 zijn opgesteld. Derhalve is een verbindingsleiding door een wand van het vat 1 nodig. De leiding is hier weergegeven door een zijwand, maar kan ook bij of door een andere leiding 16, 20 of 17 zijn 5 aangebracht.

De door de pomp 22 opgewekte druk in de ballon 21 kan geleidelijk worden verhoogd - zoals in Fig. 5 is getoond -om de korrels of deeltjes actieve kool 8 samen te drukken. Daarbij kunnen echter ook druksprongen worden gemaakt, zoals 10 in Fig. 6 is weergegeven, waarbij de druk in de ballon bij het bereiken van een gewenste toename een geringe hoeveelheid en kortstondig wordt verlaagd. Aldus resulteert een optimale samendrukking van de korrels actieve kool 8 om deze optimaal in te doen klinken.

15 Het samendrukken van de werkzame stof (korrels actieve kool 8) heeft nog een effect. Brosse materialen, zoals korrels actieve kool 8, kunnen gemakkelijk verkruimelen of verbrokkelen in het geval van uitgaande of binnenkomende luchtstromen, wanneer de vulling met de korrels minder dan 20 de beoogde 100% is, wanneer er dus vrije ruimte is voor de korrels om te vibreren, oscilleren of bewegen in de luchtstroom. Door het comprimeerbare lichaam of de ballon 21 te expanderen, worden de korrels beschermd tegen verkruimeling of verbrokkeling, hetgeen de vulgraad verder 25 zou verlagen waarbij een progressieve verslechtering van de effectiviteit van het systeem zou kunnen ontstaan. Dit wordt effectief tegengegaan met de uitvinding voor wat betreft het expandeerbare lichaam of enig welk andere vorm van een krachtgenerator.

30 Als aanvulling of als alternatief op het hierboven beschreven expanderen van de ballon 21, kan het vat 1 tijdens het vullen daarvan met de actieve kool 8 worden getrild om inklinken van de korrels actieve kool 8 te 8 bevorderen en zo tegen te gaan dat om in gebruik, na het vullen, verzakking van de korrels actieve kool 8 tegen te gaan.

In een mogelijk assemblageproces, na het bij voorkeur 5 geheel vullen van de tank 1 met de korrels actieve kool 8, wordt de ballon 21 geëxpandeerd. De ballon 21 kan klein zijn, zoals hierboven reeds is opgemerkt, en bijvoorbeeld en volume hebben van slechts max. 3 ltr, afhankelijk van de afmeting van de tank en de geschatte volume dat de kool op 10 termijn kan inzakken. De ballon 21 kan worden opgeblazen tot ca 2 bar (abs) waarbij de tank door de kool geheel mechanisch op omgevings- of maximaal op 2,2 bar abs. wordt gehouden.

Verder is met de afvoer 20 een oliegesmeerde afvoerpomp 15 3 verbonden, bij voorkeur een vacuümpomp 3, voor het creëren van althans bij benadering een vacuüm in het vat 1. Op basis van in het vat 1 gecreëerd vacuüm wordt via de afvoer 20 zuurstof onttrokken aan de actief kool 8. De inrichting omvat verder een ten minste met de container verbindbare en 20 selectief door de besturing in werking te stellen olievrije pomp 4 als uitvoeringsvorm van een drukverlager. Als aanvulling of als alternatief kan de drukverlager een onderdrukvat 5 in fig. 4 of een afsluitbare verbinding 15 met de omgeving in fig. 4 omvatten. De olievrije pomp 4 kan 25 een mink - klauw compressiepomp zijn.

Een (niet getoonde) besturing is geschikt en ingericht om de toevoerpomp 6 en de oliegesmeerde afvoerpomp 3 - een vacuümpomp 3, afwisselend in verbinding met het vat 1 en in werking te stellen. Daartoe werkt de besturing in op: klep 9 30 bij de toevoerpomp 6 en eventueel ook op de toevoerpomp 6 zelf; klep 10 bij de uitgang 16; klep 11 bij de een drukverlager vormende olievrije pomp 4 of de een drukverlager vormende olievrije pomp 4 zelf; en klep 12 bij 9 de oliegesmeerde vacuümpomp 3 en eventueel ook op de oliegesmeerde vacuümpomp 3 zelf. Daarbij komt een cyclische werking tot stand met een aantal werkingstoestanden.

In fig. 1 is de toestand getoond, waarin de toevoerpomp 5 6 actief is. Dat wil zeggen dat klep 9 open is. Een stroom omgevingslucht kot via toevoer 17 in het vat 1 gepompt. Klep 10 is ook open om een in hoofdzaak alleen stikstof bevattende residuele stroom fluïdum te verschaffen; zuurstof wordt afgevangen in het vat 1 door de actief kool 8 daarin.

10 Kleppen 11 en 12 zijn dicht, hetgeen wil zeggen, dat olievrije pomp 4 in werking kan zijn, maar met de in fig. 1-3 getoonde klep 11 in de getoonde stand omgevingslucht kan aanzuigen, maar er geen verbinding tussen pomp 4 en het binnenste van het vat 1 is. Hetzelfde geldt voor klep 12 en 15 oliegesmeerde vacuümpomp 3. Als aanvulling of als alternatief kan de besturing geschikt en ingericht zijn om de pompen 3, 4, 6 buiten werking te stellen, als op enig moment geen verbinding van een betreffende van die pompen 3, 4, 6 met het binnenste van het vat 1 gewenst of nodig is.

20 De toestand van fig. 1 blijft gehandhaafd, totdat verzadiging van de actief kool 8 optreedt. Wanneer dat gebeurt, of na een op voorhand bepaalde tijdsduur, die overeen komt met uiterlijk naar verwachting volledige verzadiging van de actief kool 8, wordt de inrichting 25 geschakeld neer de in fig. 2 getoonde toestand.

Daarin is de toevoerpomp 6 buiten werking gesteld en mogelijk zelfs uitgeschakeld, maar sluit de klep 9 in ieder geval de toevoer 17 af. De klep 10 is ook afgesloten. Klep 11 geeft daarentegen een verbinding vrij tussen de een 30 drukverlager vormende olievrije pomp 4, die dan ook in werking is gesteld door de besturing om de druk in het vat 1 te verlagen tot 1 bar of zelfs iets lager. Daarmee is te voorkomen, dat een plotseling drukverschil over de 10 oliegesmeerde vacuümpomp 3 ontstaat, als de klep 12 een het vat 1 en de oliegesmeerde vacuümpomp 3 verbindende stand in zou nemen, terwijl restdruk in het vat 1 zou heersen, afkomstig uit de voorgaande toestand van fig. 1. Die klep 12 5 blijft daarentegen in de toestand van fig. 2 dicht (althans: klep 12 sluit afvoer 20 af). Waanneer de druk in het vat 1 is verlaagd, dient voor het regenereren van de actief kool 8 (het verwijderen van zuurstof daaruit) een vacuüm althans benaderende verlaagde druk te worden gecreëerd in het vat, 10 middels de oliegesmeerde vacuümpomp 3, waartoe de in fig. 3 getoonde toestand door de besturing wordt ingesteld. Klep 11 is weer gesloten en klep 12 is met de oliegesmeerde vacuümpomp in werking geopend. De olievrije, een drukverlager vormende pomp 4 kan aan de perszijde zijn 15 aangesloten op een zelfde leiding als de perszijde van de oliegesmeerde vacuümpomp 3, wanneer het winnen van zuurstof is beoogd. Wanneer de actief kool 8 afdoende is geregenereerd (daaruit afdoende zuurstof is verwijderd), kan de in fig. 1 getoonde toestand weer worden ingesteld, 20 waarmee de in fig. 1-3 getoonde cyclus geheel is doorlopen In de uitvoeringsvorm van fig. 4 omvat een inrichting volgens de onderhavige uitvinding een aanvullende vat 2 als uitvoeringsvorm van een container. Het aanvullende vat 2 is in hoofdzaak gelijk aan het vat 1, en de besturing is 25 ingericht om het vat 1 en het vat 2 tegengesteld cyclisch in werking te stellen voor het ontrekken van zuurstof uit de stroom omgevingslucht en het onttrekken van zuurstof uit de actief kool 8.

Beide vaten 1, 2 bevatten elk een balg 23, 24 als 30 uitvoeringsvorm van een expandeerbaar lichaam. Voor de werking en de effecten daarvan wordt hier naar het voorgaande in verband met Fig. 1 verwezen. Aanvullend wordt opgemerkt, dat pompen 22, 25 zijn verschaft voor elke van de 11 balgen 23, 24. Het is evenzeer mogelijk om de balgen 23, 24 gezamenlijk aan te sluiten op een enkele pomp 22 of 25.

Het vat 1 en het vat 2 zijn elk onder wederzijds uitsluiting ten minste verbindbaar met de toevoerpomp 6, de 5 oliegesmeerde vacuümpomp (3) en de een drukverlager vormende pomp 4. Als aanvulling of als alternatief kunnen andere of aanvullende drukverlagers zijn verschaft, zoals het onderdrukvat 5 en/of de afsluitbare verbinding met de omgeving 15, waarnaar in het voorgaande al is gerefereerd.

10 Een stelsel van door de besturing aan te sturen kleppen 10-14, 18, 19 zorgt voor de juiste werking van de inrichting waarin continu bedrijf is verwezenlijkt. Opgemerkt wordt dat de toevoer 17 en afvoer 20 door een enkele leiding zijn gevormd.

15 Met vat 1 in de toestand van fig. 1 zijn kleppen 9 en 10 open, en zijn kleppen 13, 18 en 19 dicht. Het vat 2 kan zo in de toestand van fig. 2 of die van fig. 3 verkeren. Met het vat 2 in de toestand van fig. 2 zijn kleppen 11, 14 open en is klep 12 dicht. Met vat 2 in de toestand van fig. 3 is 20 klep 11 dicht, en zijn kleppen 12 en 14 open. Wanneer de actief kool in vat 1 aan regeneratie toe is, wordt de inrichting omgeschakeld, zodat klep 9 sluit en klep 19 opent. Het vat 2 komt dan in de zuurstof afvangende toestand van fig. 1, waarbij klep 14 gesloten blijft. Vat 1 doorloopt 25 dan de toestanden van fig. 2 en fig. 3 door gepaste opening / sluiting van de betreffende kleppen, zoals duidelijk zal zijn naar aanleiding van de beschrijving daarvan met betrekking tot vat 2 hier direct boven in het kader van deze fig. 4 en de beschrijving van fig. 2 en fig. 3 nog verder 30 boven.

Aldus betreft de onderhavige uitvinding in de in fig. 4 getoonde uitvoeringsvorm een inrichting en een werkwijze voor het in het bijzonder (doch niet uitsluitend) winnen / 12 verwijderen van stikstof en / of zuurstof uit een stroom omgevingslucht door het aanbrengen van een afdoende laag vacuüm t.b.v. het regeneratie proces in afwisselend ten minste één van de twee vaten 1, 2. Een inrichting met meer 5 dan twee vaten is ook mogelijk, bijvoorbeeld als de toestand van regenereren van actief kool 8 (fig. 2, 3) of verwijderen van zuurstof uit de stroom omgevingslucht (fig. 1) aanzienlijk langer zou duren dan de andere toestand. In de uitvoeringsvorm van fig. 4 is de inrichting in bedrijf in 10 een proces voor de productie van N2 met een zogenaamde "VSA"-techniek, met de uitbreiding van een drukverlaging in een op enig moment te vacumeren vat voor regeneratie van de actief kool 8.

Hierbij wordt nog het volgende opgemerkt over de 15 specifieke uitvoeringsvoorbeelden van de figuren zoals die hiervoor zijn beschreven. Stikstofgas N2 wordt geproduceerd uit buitenlucht met een bekende samenstelling van ca. 78% N2, ca. 21% Zuurstof 02, 0,03% C02 en andere gassen, waaruit met deze VSA techniek een gas wordt geproduceerd met een 20 samenstelling, waarbij de zuurstof geheel of gedeeltelijk is verwijderd. De resulterende residuele stroom gas met in hoofdzaak alleen N2 gas kan een samenstelling hebben van bijv. ca. 100-79% N2 en 0-21% restzuurstof en overige gassen. Deze mogelijke samenstellingen van gassen worden hier 25 aangeduid als de resulterende residuele stroom met in hoofdzaak N2, ongeacht of het winnen van stikstof of zuurstof was/is beoogd.

De afkorting VSA staat voor "Vacuüm Swing Adsorption" en dit is een techniek die werkt volgens het in fig. 4 30 getoonde en hierboven beschreven principe. Er wordt gebruik gemaakt van een twee ten minste vaten 1, 2 omvattende systeem, dat verbonden is met een stelsel van kleppen en regelende middelen. Om beurten worden de vaten 1, 2 benut 13 voor het winnen / verwijderen / onttrekken van zuurstof met actief kool 8 of een andere werkzame stof uit een stroom omgevingslucht en het onttrekken / verwijderen / winnen van de zuurstof van of uit die werkzame stof 8.

5 De vaten 1, 2 staan via het stelsel van kleppen 10-14, 18, 19 in verbinding met een pomp 3, die specifiek vacuüm kan creëren in één van de vaten 1, 2 en een pomp 6, die in de andere van de beide vaten 1, 2 specifiek overdruk kan creëren. De vaten zijn gevuld met een soort actief kool 8, 10 die geschikt is voor het adsorberen en regenereren van gassen onder specifieke omstandigheden. In het VSA proces wordt gedurende een proces tijd van ca. 1 minuut in één van de vaten 1, 2 druk opgebouwd tot ca. 0,8-1,2 bar overdruk (d.w.z. 1,8-2,2 bar absoluut, waarbij ca. 1000 mbar 15 gemakshalve wordt verondersteld de atmosferische druk te zijn). Door de pomp 6 wordt een hoeveelheid buitenlucht door de ene van de vaten 1, 2 geblazen naar de uitgang 16 van de inrichting. Zuurstof wordt geadsorbeerd aan de aanwezige actief kool 8 en een gas met een geconcentreerde hoeveelheid 20 N2 verlaat de inrichting via de uitgang 16 voor gebruik in een te bepalen toepassing.

Afhankelijk van het ontwerp van de inrichting en de procesinstellingen van het kleppen systeem 10 - 14, 18, 19 en de besturing zal de concentratie van de aanwezige N2 in de 25 gasmengsel aan het begin van de cyclus tijd de hoogste concentratie N2 bevatten en zal deze afhankelijk van de verzadiging van de actief kool 8 in concentratie afnemen. Gelijktijdig wordt het andere van de vaten 1, 2 verbonden met de oliegesmeerde vacuümpomp 3 en wordt dat vat 30 gevacumeerd naar ca. 50 mbar absoluut. De zuurstof die geadsorbeerd is aan de actief kool 8 wordt daarmee van de aktieve kool verwijderd en in een verhoogde concentratie naar de buitenlucht getransporteerd (20, 14, 12, 3), of kan 14 ook worden opgevangen, als het winnen van zuurstof was beoogd. Na verloop van een instelbare procestijd, van bijvoorbeeld ca. 1 minuut, wordt het proces op de twee vaten omvattende inrichting gewisseld. Er vindt via het 5 kleppensysteem een drukvereffening plaats tussen de twee vaten 1, 2 van de inrichting, doch is gebleken dat een restdruk heerst in een vat 1, 2, waar direct daaraan voorafgaand de adsorptie heeft plaatsgevonden onder overdruk.

10 Het vatensysteem waar de overdruk aanwezig was loopt in enige seconde terug van b.v. 1,8 Bar (abs) overdruk naar 1,2 Bar overdruk (abs) om vervolgens met behulp van de afvoerpomp (verder) gevacumeerd te worden. Ballonen 21 of balgen 23, 24 dienen om vaten 1, 2 extra mechanische sterkte 15 te geven in het bijzonder om bestand te zijn tegen krachten die bij het vacumeren vrijkomen.

In het andere vat van de inrichting, waar voor de wissel onderdruk aanwezig was van ca 50 mbar (abs), wordt de druk snel, bijv. in enige seconden, verhoogd tot b.v. 0,8 20 bar (abs). De druk vereffening duurt ca 1 seconde. Daarna worden het kleppensysteem dusdanig ingesteld dat met het ene vat 1, 2 N2 wordt geproduceerd en in het ander vat 2, 1 de actief kool 8 wordt gevacumeerd voor het regenereren daarvan. Dit proces van wisselen gaat continue door en er 25 kan met dit proces in deze zogenaamde VSA installaties continu N2 (of 02) worden geproduceerd, afhankelijk van het ontwerp van de installatie, met een capaciteit variërend van bijvoorbeeld 1 tot 500 m3 per uur. Een hogere capaciteit dan 500m3 is ook mogelijk.

30 Opvallende voordelen van de VSA techniek voor N2 productie zijn dat de techniek gebruik maakt van vacuüm en een relatief lage overdruk van ca. 1,8-2,2 bar overdruk (abs). Dit heeft als voordeel dat er een relatief laag 15 energie verbruik is per geproduceerde hoeveelheid (bijv. m3) aan N2.

De pomptypen van de pompen 6 voor het maken van de specifieke overdruk (lage druk blowers) zijn eenvoudig van 5 opbouw en geven per 10.000 draaiuren relatief weinig onderhoud. Het gebruik van deze pompen 6 kenmerkt zich door een hoge mate van bedrijfszekerheid. De buitenlucht die gebruikt wordt voor het produceren van komt niet in aanraking met olie. In deze context dient opgemerkt, dat 10 naast blowers ook eenvoudige ventilatoren kunnen worden toegepast als mogelijke uitvoeringsvorm van de schematisch aangeduide pomp 6 in de figuren.

Alternatieve productie systemen maken gebruik van zogenaamde PSA (Pressure Swing Adsorbtion) of membraam 15 techniek waarbij N2 wordt geproduceerd met buitenlucht die eerst in een compressor in druk verhoogd wordt naar bijvoorbeeld 8 bar. In de hiervoor benodigde compressors komt de buitenlucht in aanraking met de smeerolie van het compressie systeem en wordt olie in de samen geperste lucht 20 mee afgevoerd. Dit vereist een goed werkend filter systeem met het bijbehorende onderhoud. Indien het ontwerp geen zeer goede filtering bewerkstelligt of indien het onderhoud niet goed wordt uitgevoerd kan dit leiden tot vervuiling van het systeem waarbij de zuiverheid van het geproduceerd N2 afneemt 25 wat ongewenst is. Regeneratie van de zuurstof van de PSA gebeurt door het verlagen van de hoge druk naar de omgevingsdruk van de installatie. De buitenlucht die gebruikt wordt voor het produceren van N2 komt niet in aanraking met olie.

30 Daardoor is de kans op vervuiling van de actief kool 8 niet aanwezig. Dit maakt het proces mede bedrijfszeker en goedkoop in gebruik.

16

Voor het toepassen van vacuümtechniek kan gebruik gemaakt worden van diverse typen vacuümpompen. Bij het vacumeren komt lucht met zuurstof in verhoogde concentraties vrij .

5 In de uitvoeringsvorm volgens Fig. 4 wordt het proces van vacuümmeren uitgevoerd door twee proces stappen toe te passen. De overdruk van b.v. 0,2 bar die aanwezig is vat 1 of vat 2 na druk vereffening wordt door toepassing van een eerste vacuümmeer techniek op basis van olievrije pomp 4, 10 bijvoorbeeld een Mink-klauw compressiepomp 4, kleppenstelsel 10 - 14, 8, 19 en een besturing vanaf ca 1,2 bar (abs) teruggebracht naar een atmosferische druk (bijv. 1000 millibar) of lager bijvoorbeeld 800 millibar (abs). Bij het bereiken van de atmosferische druk of een zelfs nog iets 15 lagere druk wordt door het kleppenstelsel 10 - 14, 18, 19 en de besturing de in de derde toestand van fig. 3 getoonde oliegesmeerde vacuümpomp 3 ingeschakeld om een nog lagere druk aan te brengen op de daarvan verwachte efficiënte wijze, naar bijvoorbeeld 50 mbar absoluut.

20 De vacuümmeertechniek met de een drukverlager vormende pomp 4 kan het (tijdelijk) inschakelen van een olievrij werkende vacuümpomp 4 omvatten, bijvoorbeeld een type mink klauw compressie pomp, of door gebruikmaking van drukvereffening met afzonderlijk volume in een onderdrukvat 25 5, dat eerder op een lage druk is gebracht. Dit is met een eventueel ten opzichte van fig. 4 iets aangepaste besturing en kleppenstelsel 10 - 14, 18, 19 periodiek te vacumeren en in te schakelen om te worden verbonden met een te vacumeren van de vaten 1, 2.

30 In fig. 7 is een aanvullende of alternatieve uitvoeringsvorm getoond, waarin de krachtgenerator is gevormd door een plunjer 26. De plunjer 26 kan met een motor 28 worden aangedreven, of op basis van het principe van een 17 hydraulische cilinder door middel van via een vloeistofleiding 27 aan- en/of af te voeren hydraulische vloeistof, zoals een olie.

In Fig. 8 is nog een aanvullende uitvoeringsvorm 5 getoond, waarbij in de container of het vat 1 een zakvormige houder 31 is aangebracht. De houder 31 bevat al het korrelvormige kool 8 en in het midden daarvan een expandeerbare balg 30, welke is aangesloten op pomp 22. De houder 31 kan zak-, ballon- of balgvormig zijn of een andere 10 functioneel equivalente vormgeving hebben. De balg 30 zou in deze uitvoeringsvorm zelfs achterwege kunnen blijven, in het bijzonder doch niet uitsluitend wanneer de houder 31 elastisch comprimeert om het actieve kool 8 heen, om dat te samen te drukken (of zelfs comprimeren). Tijdens het 15 bovenbeschreven cyclisch vacumeren van container 1, werken geen krachten op de wanden van de container 1; de vervormbare houder wordt - als in het binnenste daarvan een vacuüm wordt aangelegd - alleen strakker rondom het kool 8 getrokken. Daartoe zijn alle aansluitingen, die in samenhang 20 met een eerder beschreven figuur zijn opgesomd, aangesloten op het binnenste van de houder 31, hetgeen een evident verschil is met bijv. Fig. 1. Het betreft dan in het bijzonder de toevoer 17, de uitgang 16, de afvoer 20 en de leiding met de klep 11 daarin.

25 Een andere aanvullende eigenschap in de uitvoeringsvorm van Fig. 8 ten opzichte van die van Fig. 1 betreft de open doorgang 32, waarlangs lucht buiten de houder 31 en in de container 1 kan worden toegelaten. Aldus kan worden voorkomen, dat een vacuüm buiten de houder 31 en binnen de 30 container 1 het vacumeren van het binnenste van de houder 31 tegenwerkt.

Reeds is opgemerkt, dat slechts de onafhankelijke van de hierna bijgevoegde conclusies bepalend is voor de 18 beschermingsomvang voor de onderhavige uitvinding, en niet de specifiek in de tekening getoonde of hierboven beschreven uitvoeringsvorm(en) of de definities in de afhankelijke conclusies. Het zal namelijk duidelijk zijn dat zich binnen 5 het aldus vast te stellen kader van de bescherming voor de onderhavige uitvinding ten opzichte van specifieke varianten en van in de afhankelijke conclusies gedefinieerde eigenschappen meer of andere varianten aan de vakman zullen opdringen, na kennisneming van de onderhavige openbaarmaking 10 van de uitvinding. Zo kunnen de andere expandeerbare lichamen dan ballonen 21 of balgen 23, 24 worden toegepast. De houder kan worden benut als vervanging van de mechanische krachtgenerator (balg of ballon of expandeerbaar lichaam), zodat de uitvinding tevens een uitvoeringsvorm met alleen 15 een houder 31 betreft, zonder de mechanische krachtgenerator, omdat daarmee al de krachten op de wanden van de container kunnen worden beteugeld, in het bijzonder tijdens het cyclisch vacumeren. Zelfs kan de uitvinding worden verwezenlijkt door een vat of container 1, 2 vorm te 20 geven als een cilinder met een daarin beweegbare zuiger, waarmee de voor de (korrels) werkzame stof beschikbare ruimte kan worden ingesteld en zo het vat 1, 2 van binnenuit kan worden versterkt. Ballon, balgen en/of andere expandeerbare elementen kunnen, zoals hiervoor is 25 beschreven, in hoofdzaak in het midden van de ruimte in de vaten 1,2 worden geplaatst, of als aanvulling of alternatief tegen een binnenwand van de vaten 1, 2. Vanuit een oogpunt van krachtverdeling verdient een centrale plaatsing van dergelijke ballonnen of balgen een voorkeur, hoewel 30 plaatsing langs of tegen een wand in vaten is inbegrepen in de beschermingsomvang voor de onderhavige uitvinding volgens de conclusies. In het geval van toepassing van ballonnen en/of balgen kan lucht of vloeistof, zoals olie, worden 19 toegepast om deze selectief en ook in gebruik te laten expanderen. Het is volgens de uitvinding evenzeer mogelijk om vaten 1, 2 en ballonnen en/of balgen van de omgeving af te sluiten na assemblage. Als aanvulling of als alternatief 5 kunnen al dan niet massieve lichamen van elastisch materiaal in de vaten 1, 2 worden geplaatst, om de mechanische uitwendige kracht te verschaffen en zo de vaten 1, 2 in staat te stellen om (bij benadering) vacuüm te weerstaan, waar de vaten daar wellicht op zichzelf (zonder de 10 uitvinding) niet toe in staat zouden zijn. Dergelijke al dan niet massieve lichamen van elastisch materiaal worden dan bij voorkeur gedurende assemblage van de inrichting gecomprimeerd, om daarna continu een mechanische en buitenwaarts georiënteerde kracht op het vat of de container 15 uit te oefenen, bij voorkeur doch niet uitsluitend via de werkzame stof, waarmee dan ook nog kan worden tegengegaan dat de werkzame stof verbrokkelt of versplintert. De uitgang 16 en de afvoer 20 kunnen zijn geïntegreerd in een enkel orgaan, mits daartoe vereiste schakelkleppen of soortgelijke 20 middelen op een voor de vakman voor de hand liggende worden toegepast om de juiste stromen op gang te brengen/houden.

Claims (15)

1. Een inrichting voor het verwijderen van ten minste één stof uit een stroom fluïdum, omvattende: 5. een container (1, 2) met ten minste één toevoer (17), waarlangs de stroom fluïdum in de container (1, 2) te voeren is; - een werkzame stof (8) in de container (1, 2) voor het uit de stroom isoleren en vasthouden van de stof; 10. een uitgang (16) aan de container (1, 2) voor de residuele stroom fluïdum, in hoofdzaak zonder de stof; - een afvoer (20) aan de container; en - een ten minste met de afvoer (20) verbindbare afvoerpomp (3) voor het creëren van althans bij benadering 15 een vacuüm in de container en het op basis daarvan het via de afvoer (20) onttrekken van de stof aan de werkzame stof (8) ; GEKENMERKT door - ten minste één mechanische krachtgenerator (21; 23; 20 24; 26, 27; 26, 28), welke althans in gebruik van de inrichting inwerkt op ten minste de werkzame stof (8), in het bijzonder wanneer de afvoerpomp (3) een vacuüm in de container (1, 2) bewerkstelligt.

2. De inrichting volgens conclusie 1, waarbij de 25 krachtgenerator een expandeerbaar lichaam (21; 23; 24) omvat.

3. De inrichting volgens conclusie 2, waarbij het expandeerbare lichaam hydraulisch of pneumatisch expandeerbaar is.

4. De inrichting volgens conclusie 1, 2 of 3, waarbij de krachgenerator ten minste één element omvat uit de groep, welke omvat: een ballon (21); een balg (23; 24); een al dan niet massief lichaam van elastisch materiaal, et cetera.

5. De inrichting volgens ten minste één van de voorgaande conclusies, waarbij de krachtgenerator centraal in het vat (1, 2) is opgesteld, en in hoofdzaak is omringd door de werkzame stof (8).

6. De inrichting volgens ten minste conclusie 4, waarbij het expandeerbare lichaam van al dan niet massief elastisch materiaal is, en is gecomprimeerd gedurende assemblage van het vat (1, 2).

7. De inrichting volgens ten minste één van de 10 voorgaande conclusies, waarbij een pomp (22; 22, 25) is aangesloten op de krachtgenerator.

8. De inrichting volgens ten minste conclusie 7, waarbij de op de krachtgenerator aangesloten pomp (22; 22, 25) ten minste in werking gesteld is gedurende ten minste 15 één van assemblage van de container (1, 2) van de inrichting en bedrijf van de afvoerpomp (3).

9. De inrichting volgens ten minste één van de voorgaande conclusies, waarbij de werkzame stof (8) een samenstel van niet-comprimeerbaar corpusculair materiaal, 20 zoals actieve kool (8) omvat.

10. De inrichting volgens ten minste één van de voorgaande conclusies, waarbij de werkzame stof (8) een samenstel van comprimeerbaar corpusculair materiaal omvat.

11. De inrichting volgens ten minste een voorgaande 25 conclusie, waarbij de krachtgenerator een plunjer in het vat (1, 2) omvat.

12. De inrichting volgens conclusie 11, waarbij de plunjer ten minste één van motorisch, hydraulisch en pneumatisch aan te drijven is.

13. De inrichting volgens ten minste één voorgaande conclusie, verder omvattende: een vervormbare houder (31) in de container, welke de werkzame stof (8) en de mechanische krachtgenerator (21; 23; 24; 26, 27; 26, 28) bevat.

14. De inrichting volgens conclusie 13, waarbij de houder een vorm heeft uit de groep, welke omvat: een zak; een ballon; een balg; of een soortgelijke vorm.

15. De inrichting volgens ten minste één voorgaande 5 conclusie, verder omvattende: - een besturing welke is ingericht om de toevoerpomp (6) en de afvoerpomp (3) afwisselend in verbinding met de container (1, 2) en in werking te stellen, - de inrichting verder omvat: een ten minste met de 10 container verbindbare en selectief door de besturing in werking te stellen drukverlager (4, 5, 15); en - de afvoerpomp een oliegesmeerde pomp (3) is, waarbij de besturing is ingericht om de drukverlager (4, 5, 15) in werking te stellen direct voorafgaand aan het 15 in werking stellen van de oliegesmeerde pomp (3).