NO874242L - Fremgangsmaate ved konsentrering av gass, samt anordning for utfoerelse av fremgangsmaaten. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved konsentrering av gass slik som angitt i krav l's ingress og et gasskonsentreringsanlegg i henhold til ingressen til krav 5, spesielt for seperasjon av oksygen fra luft ved hjelp av absorpsj on.

Industriell fremstilling av oksygen skjer idag hovedsaklig på to forskjellige måter: ved hjelp av destillasjon eller ved hjelp av absorpsjon.

Den mest betydningsfulle fremgangsmåte idag er destillasjon ved høytrykk, vanligvis 20-30 MPa og lav temperatur, hvorved de forskjellige bestanddeler av luft (nitrogen, oksygen, argon etc.) destilleres som komprimerte væsker og separeres fra hverandre.

Oksygen blir også separert fra luft ved hjelp av en fremgangsmåte kjent som selektiv absorpsjon som er basert på evnen for visse materialer, eksempelvis naturlige eller syntetiske zeolitter med en teoretisk porestørrelse på 4Å til og holde forskjellige molekyler, eks. oksygen med mole-kylstørrelse som er ca. 3,8 Å, tilstede i luften på forskjellige måter innen dets porøsitet ved fysisk addisjon. Denne type absorpsjonsprosess blir vanligvis utført såkalt sving-absorpsjon - PSA, hvor det absorberende materiale ved å føre gjennom det absorberende materialet en regenererende gasstrøm motsatt gasstrømmen som innmates for absorbering. Normalt innbefatter PSA-anlegget to tanker slik at i en tank separeres oksygen mens den andre tank regenereres. Et slikt anlegg for absorpsjonsprosessen er bl.a beskrevet i US patentene nr. 4.194.890 og 4.263.018, i GB patent nr. 2.109.266 og i FI-patentsøknad nr. 84.3014.

Zeolittens evne til å holde oksygenmolekyler nedsettes merk- bart av vanndamp. Som følge av dette er det bl.a foreslått i DE-patentsøknadene nr. 1.265.144 og 1.259.857 så vel som 1 EP-patentpublikasjonene 123.911 og 128.545 og anvende en tørkeanordnlng før absorpsjonstrlnnet.

De nevnte gass-seperasjonsmetoder er beheftet med et antall ulemper. Som en vesentlig ulempe vedrørende destillasjon kan nevnes stor størrelse og komplisert konstruksjon av destil-lasjonsutstyret slik at et anlegg i utgangspunktet er meget kostbart. I tillegg vil fordeling av gassen være meget dyr som følge av transport i det gassen for transportformål må være komprimert og holdt under et høyt trykk på ca. 20 MPa, selv om arbeidstrykket vanligvis er 500 kPa. Komprisjonen krever betydlig energi hvilket fører til hevede gassproduk-sjonsomkostninger. Ytterligere kan det nevnes at det alltid er tilstede en potentsiell fare for eksplosjon og brann som følge av det høye trykk og som følge av mulighet for gass-lekasjer av trykk-karet.

Opptil nå har meget få absorpsjonsanlegg blitt satt i produksjon. Opptil har hovedulempene ved en slik drift vært at man ikke har oppnådd en tilstrekkelig høyt oksygeninnhold. Med kjente anlegg kan det oppnås oksygeninnhold på opptil ca. 60 % og maksimalt 80 <&. Slike innhold er helt utilstrekkelig eks. for anvendelse i et hospital eller når det anvendes for skjærebrenning, hvor det kreves et oksygeninnhold på minst 90 %.

En annen bemerkelsesverdig ulempe utgjøres av det kompli-serte regulerings- og kontrollsystem som PSA-prosessen krever. I kjente anlegg blir det anvendte utstyr vanligvis kontrollert av en mikroprosessor og elektriske og magnetiske drevne funksjonselementer, så som soleoinideventiler som imidlertid ikke er egnet for anvendelse under fuktige og/eller kalde betingelser så som i off-shore eller fiske-oppdretningsanlegg.

Hovedhensikten med foreliggende oppfinnelse er å eleminere ulempene og svakhetene assosiert med de kjente seperasjonsmetoder og for å tilveiebringe en ny type gass. Absorpsjonsanlegg for gasskonsentrering, spesielt for fremstilling av oksygen fra luft.

Disse hensikter er oppnådd ved fremgangsmåte og anlegget i henhold til oppfinnelsen. Individuelle særpreg ved oppfinnelsen fremgår av de vedlagte krav.

Oppfinnelsen er basert på den geniale tanke at anlegget innbefatter i kombinasjon: middel for å komprimere mateluften

til anlegget, en første absorpsjonsanordning for tørking av den komprimerte mateluft, en andre absorpsjonsanordning for å separere den foretrukne gasskomponent fra matelufte og at gass-strømmene så vel som de forskjellige deler av anlegget er kontrollert og regulert ved hjelp av pnaumatisk arbeidende elementer.

Hovedfordelen ved foreliggende oppfinnelse er at hele anlegget kan arbeide under alle omgivelser, også under fuktige og kalde betingelser på nøyaktig og sikker måte som følge av den geniale anvendelse av pnaumatisk logikk og pnaumatisk drevne elementer og ved anvendelse av et slikt anlegg kan det oppnås et vesentlig høyere oksygeninnhold i forhold tidligere kjente anlegg.

I denne forbindelse er det grunn til å understreke at anvendelse av betegnelsen prematik er påtenkt å mene elementer som bare arbeider pnaumatisk. Kraftkilden kan derfor kunn være komprimert luft, at kontroll og reguleringsanord-ningene ikke innebefatter elektriske komponenter i noen form. Dette gjelder også logikken, kontrollsystemet, komponenter som innebefatter hukommelser og mekaniske klokkeanordninger som arbeider med trykkluft.

I henhold til en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen så er kontrollsystemet av integrert konstruksjon og største-delen av dets komponenter er anordnet på et enkelt krets kort som er lukket i et forseilet omhylnlng. Ved å anvende hybrid krets kort-teknologi i kontrollsystemet kan det oppnås fordeler ved at flere millioner forbindelser kan gjøres og lang levetid oppnås. Fordelene som denne løsning gir er at kontrollsystemet er beskyttet mot fuktighet og kulde. I tillegg er behovet for pnaumatiske slanger nedsatt. Ytterligere kan det verifiseres at anvendelse av pnaumatik ikke forårsaker noen risiko for gnistring og heller ikke elek-trisitet nødvendig hvilket gjør bruk av anlegget sikkert.

I henhold til den fordelaktige utførelsesform av foreliggende oppfinnelse blir den komprimerte matluft tørket ved hjelp av en dobbelttank absorpsjonstørker. Driften av anlegget blir derfor vesentlig forbedret sammenlignet med tidligere kjente løsninger, spesielt under fuktige betingelser.

For sikker seperasjon av den foretrukne gasskomponent, spesielt for seperasjon av oksygen fra luft, kan det anvendes forskjellige absorberende materialer, så som silicagel eller mere spesielt syntetiske naturlige zeolitter. Blant de naturlige zeolitter kan eks. nevnes mordenitt og mordenitt/clinoptilolite. Egnede syntetiske zeolitter er eks. A- og X-type natriumzeolitter, så som 5A og 13X. I zeo-ittens molekylkontruksjon kan det sammen med aluminim- eller natriumioner også være andre metallioner så som gallium-eller strontsiumioner.

De mest iøyne fallende ved foreliggende oppfinnelse, sammenlignet med kjente løsninger, er de følgende: 1) Sammenlignet med destillasjon prisen for oksygen blir lavere (avhengig av renhetsgraden) helt ned til 1/5-1/10 av dagens markedspris transport av oksygen i trykkflaske kan unngås -kornprisjon av oksygen ved et høyt trykk kan unngås 2) Sammenlignet med kjent absorpsjon: -oppnås det av et høyere innhold eller renhet av en den foretrukne gasskomponent, spesielt oksygen (over 90 % og så høyt som til og med 98 %) -høyere utbytte: 1 nm<3>/oksygen ved lnm<3>/min komprimert luftinnmatning, eller ca. 8 % av den teoretiske oksygenmengde på 92 % og 2 nm<3>/time oksygen ved 1 nm<3>/min komprimert lufttilførsel eller ca. 16 % av den teoretiske oksygenmengde med et innhold på 87 %.

I forbedrede virkningsgrad verdier nevnt ovenfor er alle funnet ved anvendelse av dobbel tank absorpsjonstørker av innmatningsluftstrømmen til anlegget. Tørkeren forøker luft-forbruket med ca. 10 %, hvilket betyr en liten forøkelse i driftsomkostningene når det er mulig å forøke utbytte med ca. 50 % og samtidig kan renhetsnivået økes vesentlig. For å øke driftsmulighetene kan utløpet fra anlegget forskynes med den treveisventil som virker som en tilførselsanordning for en ytterligere totrykksprosessenhet som enten anvendes ved lavt trykk på dagtid eller for å forøket trykket om natten for å fylle trykkflasker som er nødvendig ved toppforbruk.

I forsøk utført med et pnaumatisk operert og regulert anlegg i henhold til foreliggende oppfinnelse ble det fastslått feilfri drift i kaldt marint klima. For å sikre mekanisk varighet ble rustfritt stål i stor grad anvendt i anlegget i henhold til oppfinnelsen.

Ved foreliggende oppfinnelse beskrives det i det etterfølg-ende ved hjelp av enkelteksempler av den foretrukne utførel-sesformer under henvisning til de vedlagte tegninger, hvor

Fig. 1 viser et generelt arrangement av en første foretrukne utførelsesform av en gasskonsentreringsanlegget for seperasjon av oksygen fra luft. Fig. 2 er en logikktegning av de pnaumatisk styrte ventiler i den første foretrukne utførelsesform. Fig. 3 viser et kretsdiagram for de pnaumatisk styrte ventiler i den første utførelsesform, Fig. 4 viser et generelt arrangement av en andre foretrukket utførelses av gasskonsentreringsanlegget for seperasjon av oksygen for luft, Fig. 5 viser logikktegningen for de pnaumatisk styrte

ventiler i den andre utførelsesform,

Fig. 6 viser kretsdiagrammer for de pnaumatisk styrte ventiler i den andre utførelsesform, Fig. 7 viser kjematisk enheten for trykkforøkelse av det produserte oksygen.

Som det fremgår av fig. 1 og 4 trekker kompressoren 1 luft fra den normale omgivende luft og innmater en viss luft-mengde per tidsenhet (= 100 %) ved et vist trykk (normalt 700-750 kPa). Denne luft innføres i en etterkjøler 2 som kan være innbefattet i kompressoren 1. Fuktigheten i luften begynner og kondensere hvorfor et kondensatavløp 3 er koblet til etterkjøleren 2. Luften føres deretter til trykk-karet 4 hvis størrelse bestemmes av størrelse og typen av kompressoren 1.

Luft kondensere også i trykk-karet med avkjøling av luften rundt så for å sikre feilfri drift av karet 4 er dette forskynt med et andre kondensatomløp 5. Luft føres av karet 4 gjennom et forfilter 6 for å fjerne vanndråper og gjennom et finfilter 7 for å fjerne olje fra en totankstype fuktighetsabsorberende tørker 14, 15. Forfilteret 6 og finfilteret 7 er forskynt henholdsvis med kondensatavløp 8 og oljeavløp 9. Hvis kompressoren 1 er oljefri kan filteret 7 og avløpet 6 utelates fra anlegget. Hvis kompressoren er oljesmurt er oljeseperasjonen fra luften som føres Inn i tørkeren 14, 15 viktig fordi effektiviteten av det fuktighetsabsorberende materiale nedsettes og levetiden nedsettes vesentlig hvis oljen for passere til filteret.

Som nevnt tidligere føres den rensede luft til tørkeren, for å gi en innmatnlngsluft med duggpunkt som bør være ca. -40°C, og føres deretter ved hjelp av en første hovedventil 10 og en andre hovedventil 11 til henholdsvis den ene eller den andre av tankene 14 og 15 som begge er fylt med et fyktighetsabsorberende materiale så som silicagel eller er forskynt med en molekylsikt. Hovedventilene 10 og 11 kontro-leres av mikroprosessor basert programerbar automatikk 27 som i henhold til foreliggende oppfinnelse består av en pnaumatisk logikk.

Hvis den første tank (eller tårn) 14 er tørketrinnet holdes den første ventil 10 åpen og den andre hovedventil forbundet med den andre tank 15 lukket. Under absorpsjonstrinnet i den første tank 14 er den andre tank 15 i et regenereringstrinn under hvilket fuktighet samlet i det indre fjernes. Når den første tank 14 er i fuktighetsabsorberingstrinnet holdes regenereringsventilen 12 forbundet med den første tank 14 lukket og regenereringstrinnet 13 forbundet med den andre tank 15 åpen. For å unngå støy er det fordelaktig at både regenereringsventilen 12 og regenereringstrinnet 13 er forbundet via en lyddemper 17, henholdsvis 16 til åpen luft. Den tørrede luft som føres ut av tanken 14 føres deretter gjennom en kontrollventil 20 til et filter 24 fordi kon-trollventilene 18 og 21 er i kontrollretning. Når luften kommer ut av den andre tank 15 strømmer også luften til filteret 24 men passerer gjennom sjekkventilen 21 fordi sjekkventilene 19 og 20 er i kontrollretning. Den tørrede luft strømmer til filteret fra tanken 14 og 15 i rekkefølge idet en av tankene er i fuktighetsabsorberende tilstand mens den andre tank underkastes regenerering. Det anvendes en liten del av den tørkede luft, fordelaktig 10-12 % 1 en varmefri type tørker og fordelaktig 2-4 % i en tørke som anvender varme for regenerering av den andre tank. Denne mengde tørket luft regulereres ved hjelp av strupeventilen 23 og taes fra hoveddelen av tørket luft gjennom fileret 22.

Hvis tanken 15 er under regenerering føres den tørkede luft fra strupeventilen 23 gjennom kontrollventilen 19, idet strupeventilen 23 reduserer trykket og etter kontrollventilen 18 er trykket ca. 700 kPa. Regenereringsluften føres deretter inn i tanken 15 fordi etter ventilen 21 er trykket ca. 700 kPa og fordi på den andre side er utløpsgventilen 13 ved bunnen av tanken 15 åpen og hovedventilen 11 lukket. Regenereringsluften renser således tanken 15 og strømnings- retningen er motsatt den som finner sted under absorpsjon i tanken 14. Under regenerering blir kondensatet ført til atmosfæren gjennom utløpsventilen 13 og lyddemperen 16.

Trykket i tanken under absorpsjon er høyere og i det vesentlige konstant (eks. 700 kPa) og trykket i tanken under regenerering er senket (eks. fra 700 kPa til atmosvære-trykk). Etter et forhåndsbestemt tidspunkt, fordelaktig 9 min, etter at tørketrinnet har begynt i tanken 14 lukkes ventilen 13 hvilket forhindrer utstrømning fra tanken 15 hvoretter tanken 15 settes under trykk. Når begge tanker har nådd det samme trykk vil innstillingen av hovedventilene 10 og 11 byttes om, dvs. ventilen 10 og ventilen 11 åpnes. Luften som kommer fra kompressoren 10 begynner å strømme gjennom tanken 15. Etter et vist tidspunkt, fordel aktig 9 s åpnes utløpsventilen 12 hvoretter trykket i tanken 14 begynner å falle og regenerering kan påbegynnes. Således kan tørking av luft skje kontinuerlig ved alternativt å operere tankene 14 og 15.

Filteret 24 funksjon er å fjerne fra den tørkede luft all støv etc. som er avgitt til den tørkede luft. Etter filteret 24 senkes innmatningsluftens trykk ved hjelp av en trykk-reduksjonsenhet 25 til en passende verdi som fordelaktig er ca. 500 kPa. Luftstrømmen blir deretter utlignet i tanken 26.

I den første foretrukne utførelsesform av foreliggende oppfinnelse føres innmatningsluften etter tanken 26 til en totanks gassabsorpsjonenhet 34', 35 for kontinuerlig seperasjon av oksygen fra innmatningsluften. Tilførselsanord-ningen for gassabsorpsjonsenheten er konstruert på samme måte som den totanksfuktighetsabsorberende enhet. Ventilen 28 og 29 er hovedventiler som alternativt tillater passasje av innmatnlngsluft til den første tank 34' eller den andre tank 35, hvilke tanker ellers er identiske. På samme måte reguleres utførselen av den nitrogenrike avløpsgass fra tankene 34' og 35 ved utløpsventilene 30 og 31.

Hvis det antas at den første tank 34' er i absorpsjonstrinnet så holdes hovedventilen 28 og utløpsventilen 31 åpne og hovedventilen 29 og utløpsventilen 30 er lukket, slik at tilførselsluften strømmer inn i tanken 34. I henhold til oppfinnelsen er absorpsjonsmaterilet valgt slik at gjennom-strømningen av oksygen skjer raskere enn gjennomstrømningen av nitrogen. Som tidligere nevnt er et egnet materiale naturlige eller syntetiske zeolitter med den porestørrelse som ikke overskrider 4Å. På utløpssiden hvor ventilen er åpen føres oksygenet ut fordi kontrollventilen 40 og 39 er i kontrollretningen gjennom kontrollventilen 38 til filteret 42. Deretter blir strømmen av oksygenanriket gass regulert ved hjelp av strupeventilen 44 og den oksygenanrikede gass lagret i tanken 45.

Mens den første tank 34' produserer oksygen, dvs når ventilen 36 står åpen i en viss tidsrom mellom 10s til 30s, fordelaktig ca. 15s er hovedventilen 31 for den andre tank 35 også åpen, fra begynnelsen av oksygenproduksjonen i et tidsrom som typisk ligger mellom 5-10s, fordelaktig 8s, hvoretter den oksygenrike gass etter ventilen 36 får strømme gjennom avlastningsventilen 41 inn i den andre tank 35 og gjennom denne til utløpsventilen 31 til atmofæren og således ekstrahere og rense den nitrogenrike gass fra den andre tank 35. Naturligvis må avløp av oksygenrik gass gjennom lyddemperen 33 minimaliseres. Ved utløpet av den instilte tid, som for ekstraksjon av den nitrogenrikegass er 15-30s, fortrinnsvis 24s, hvilket kan sees fra fig. 2 blir utløpsven-tilen 31 lukket forved utblåsning fra den andre tank 35 avbrytes og trykksetning med oksygenrik gass påbegynner. Trykksetningen er typisk 5-10s, fordelaktig ca. 7s hvoretter produksjonstiden av oksygen i den første tank 34 avbrytes ved å lukke ventilen 36 og samtidig skiftes driften fra tanken 34' til 35 ved å åpne hovedventilen 29 og lukke hovedventilen 28. Den andre tank vil deretter trykksettes ved innmatningsluften som strømmer gjennom hovedventilen 29. Etter dette, typisk etter ca. Ils blir utløpsventilen 30 åpnet hvorved den første tank 34 blir tømt mot atmosfæren gjennom lyddemperen 32 hvorved den nitrogenrike gass fjernes fra den første tank 34'. Typisk etter 16s etter åpning av ventilen 29 har trykket i den andre tank 35 nådd sin høyeste verdi, fordelaktig ca. 500 kPa og samtidig er den første tank 34' tømt og klar for ny trykksetning.

Ventilen 37 blir deretter åpnet hvorved oksygenproduksjonen i den andre tank 35 kan påbegynnes. Ved slutten av oksygen-produksj onen holdes utløpsventilen 30 fordelaktig oppe i 8s hvorved den første tank 34' vil være under regenerering. Deretter blir utløpsventilen 30 lukket hvoretter driften av den første tank 34 forløper slik som beskrevet ovenfor.

Under en syklus, dvs. fra begynnelsen av absorpsjonstrinnet i en tank til slutten av regenereringstrinnet i den andre tank utgjør typisk 50-100s, fordelaktig ca. 84s som vist i fig. 2.

Driftsskjema for hovedventilene 28 og 29 for komprimert innmatnlngsluft, for utløpsventilene 30 og 31 for nitrogenanriket avløpsgass og for utløpsventilene 36 og 37 for den oksygenanrikede produktgass er vist i kombinasjon i fig. 2 hvor referansen "1" betyr at ventilen er åpen og referensen "0" betyr at ventilen er lukket. Operasjonstidene vist i trinnløst regulert forproduksjon av oksygenanriket gass mer ønsket renhet.

I henhold til den andre foretrukkede utførelsesform av foreliggende oppfinnelse vist i fig. 4 blir den tørkede luft innført til en enkelt tanks gassabsorpsjonstørker 34 for seperasjon av oksygen. Innløpssiden av tanken 34 er konstruert på samme måte som for tørkeren 14 og 15. Ventilen 28 er hovedventilen som kontrollerer passasje av innmatnlngsluft til absorpsjonstanken 34 og strøm av nitrogenanriket avløps-gass fra absorpsjonstanken til atmosfæren reguleres av ut-løpsventilen 30 og som vist gjennom lyddemperen 32. Absorp sjonstanken 34 er i rekkefølge enten 1 absorpsjonstrinnet eller i regenereringstrinnet. Det antas at tanken først er i absorpsjonstrinnet. Hovedventilen 28 forblir åpen og utløps-ventilen 30 er lukket. Det absorberende materiale som er tilstede i tanken 34 er valgt, på samme måte som i den første utførelsesform slik at gjennomstrømningshastigheten for oksygen skjer raskere enn strømmen av nitrogen. Egnede materiale er naturlige eller syntetiske zeolitter med en porestørrelse på ca. 4Å. Når utløpsventilen 36 er åpen føres den oksygenanrikede gass gjennom kontrollventilen 38 til filteret 32, hvoretter gassen reguleres ved hjelp av strupeventilen 33. Den oksygenanrikede gass flyter gjennom avlastningsventilen 41 til lagertanken 45.

Ved absorpsjon vil tanken 34 begynne å produsere oksygenanriket gass, dvs. når ventilen 28 holdes åpen i et tidsrom på 10-30s, fordelaktig ca. 18s utløpsventilen 36 er også ved slutten av dette absorpsjonstrinn åpen i et viss tidsinter-vall fordelaktig ca. 7s hvorved strømmen gjennom avlastningsventilen 41 til lagertanken 45 tillates hvorved trykksetning av den oksygenrike gass kan få begynne. Etter trykk-setting under hvilket trykket i tanken 45 har fordelaktig steget til 500 kPa blir produksjonen av oksygenanriket gass avbrutt ved å lukke utløpsventilen 36. Deretter, typisk etter ca. Ils kan regenereringen av tanken 34 påbegynnes ved å åpne utløpstanken 30 hvilket vil være 15-30s, fordelaktig ca. 23s hvorved absorpsjonstanken 34 tillates å tømme seg gjennom lyddemperen 32 og den nitrogenanrikede gass som er oppsamlet inne i absrorpsjonstanken 34 for passere ut. Etter en viss tid, typisk etter 16s er absorpsjonstanken 34 uttømt. Ved slutten av regenereringstrinnet er både utstrøm-ningsventilen 30 og utløpsventilen 37 på lagertanken 45 åpne i et viss tidsrom, typisk ca. 7s, hvorved den oksygenanrikede gass for strømme fra lagertanken 45 gjennem avlastningsventilen 39, filteret 42, strupeventilen 43 og avlastningsventilen 10 og inn i absorpsjonstanken 34. Deretter blir ventilen 30 og 37 lukket og hovedventilen 28 åpnet hvorved den tørrede innmatnlngsluft begynner å strømme inn i absorpsjonstanken 34 og begynner å trykksette denne. Trykksetning til et trykk på 500 kPa varer typisk ca. Ils, hvoretter driften av absorpsjonstanken 34 forløper som ovenfor beskrevet. Varigheten av syklusen fra begynnelsen av absorpsjonstrinnet til slutten av regenereringstrinnet er typisk 30-60s, fordelaktig ca. 52s. Operasjonsskjemaet for hovedventilen 28 for innmatningsluften, for utstrømnings-ventilen 30, for anriket nitrogenavløpsgass, for utløps-ventilene 36 og 37 begge for oksygenanriket produksjonsgass og oksygenrik regenereringsgass er vist i fig. 5. Driftstid-ene vist på skjemaet er trinnløst regulerbart for produksjon av oksygenrik gass med ønsket renhet.

I henhold til både den første og andre foretrukne utførel-sesform taes den produserte oksygenanrikede gass fra lagertanken 45 ved åpning av stengeventilen 46 og ved valg av enten lavtrykks direkteanvendelse eller høytrykksetting ved hjelp av treveisventilen 51. Ved direkte anvendelsestilstand (0-500kPa) føres den oksygenanrikede gass til den pnaumatisk kontrollerte pumpe 49 og ytterligere til fordelingsrørene 50. I høytrykksforsterket tilstand så heves trykket fra ca. 500 kPa for den oksygenanrikede gass som kommer fra lagertanken 45. Ved hjelp av en pnaumatisk kontrollert trykkhevende enhet 70 til det ønskede trykk eks. for å fylle oksygenflas-ker slik som vist i fig. 4.

Som trykkhevende enhet 70 kan eksempelvis anvendes et system tilsvarende det vist i fig. 7, ved hjelp av hvilket trykket kan heves opp til til og med 70 mPa. Komponentene for slikt system er konversielt tilgjengelig fra Schmidth, Krantz og Co., GmbH og komponentene omtales i det følgende under henvisning til firmaets koder i parantes. Den viser trykkfor-sterker enhet bestående av: En første totrinns arbeidsylinder 71 (DLE 5-30) som arbeider i et lavere trykkområdet på 200 kPa-32mPa,

En andre totrinns arbeidsylinder 72 (DLE 75-1C) som arbeider ved et høydetrykkområdet på 3,5 mPa-70 mPa

En mellomliggende tank 74 virker som trykkakulator og som err forskynt med en avlastningsventil 73 og hvilken tank 74 er anordnet mellom i serie og i rekkefølge arbeidende sylin-dere 71 og 72,

En kontroll luftenhet 75 kontrollerer driften av arbeids-sylinderene 71 og 72 i det trykket til kontrollmateluften typisk ligger mellom 100 kPa-1,1 mPa,

En første avstengningsventil 76 som påvirker denførste arbeidsylindeer 71,

En andre avstengningsventil 77 og en trykkregulerende ventil 78 som begge påvirker den andre arbeidsylinder 72.

Pnaumatiske tidtagere og retningsventiler anvendes ved kontroll av ventilene 28, 29, 30, 31, 36 og 37 både i den første og andre foretrukkede utførelsesform. En avlastningsventil er også anvendt i kontrollen for å stoppe arbeidssyk-lusen hvis trykket i absorpsjonsenheten overstiger den tidligere innstilte høyeste verdi. Kontrollsystemet er intig-rert i det en større del av de pnaumatiske komponenter er montert i et kretskort slik at alle deres forbundende strøm-ningskanaler foreligger på kretskortet og separate pnaumatiske slanger er ikke nødvendige. Disse pnaumatiske komponenter er konversionelt tilgjengelig fra Oy Festo Ab i Finland og komponentene er i det følgende omtalt under henvisning til firmaets produktkode i parantes.

Som det fremgår av fig. 3 så er hovedventilene 28 og 29 så vel som utstrømningsventilene 30 og 31 anordnet for å opere-res i rekkefølge og tilbake. Utløpsventilene 36 og 37 er istedet anordnet for paralell drift. Ventilene er fordelaktig membranventiler (type "VLX-2"). Bryteende operasjonen for ventilene kontrolleres av flip-flop ventilen 52 ("type VL-5-PK-3"), som er forbundet med operasjonskretsen av impulsventilene 53 og 54 (type "J-3-3.3"), som er forskynt med et utløp og en hukommelse. Tidtagerenheten i kontrollsystemet består av fire tidsenheter 55, 56, 57 og 58 (type "VUZ"). Disse er forskynt med en pnaumatisk drevet mekanisk klokkeanordnlng hvilken en ønsket tidssekvens for produk-sjonsyklusen kan innstilles. De reguleres på en måte vist i kretsskjemaet, dvs. via medit av hukommelsesventilene 53 og 54 og ved direkte drift av utløpsventilene 36 og 37 av mem-brantypen. Impulsventilen 59 (Type "J-5-3.3") forskynt med to direkte utgangskontroll-tidsenheter 56 og 58 så vel som for drift av flip-flop ventilen 52.

Slik det kan sees av fig. 6 er hovedventilen 28 og utløps-ventilen 30 anordnet for alternativ operasjon. Utløpsventil-ene 36 og 37 er derimot anordnet for paralell drift. Disse ventiler er fordelaktig membrantype ventiler (type "VLX-2"). Drift av ventilene kontrolleres av en flip-flop ventil 52 (type "VLL-5-PK-3"), som arbeider som er ombytningsbryter og er forbundet til en impulsventil (type "J-3-3.3"), forskynt med en utgang og en operasjonssyklus-hukommelse. Tidsenheten for kontrollsystemet består av klokkeenheter 55, 56, 57 og 58 (type "VUZ"). Disse innholder pnaumatisk drevne mekanske klokkeanordninger hvor med de ønskede tidssekvenser kan innstilles. De reguleres som vist i kretsskjemaet, dvs. gjennom medit av hukommelsesventilen 53 og ved direkte drift av membrantype-utløpsventilene 36 og 37. Impulsventilen 59 (type

"J-5-3.3") er forskynt med to utgangskontrollklokke-enheter så vel som drift av flip-flop ventilen 53. For å sikre en sikker og eksakt drift av gassabsorpsjonsenheten både i den første og i den andre foretrukne utførelsesform vist i fig. 1 og 4 så er absorpsjonsenhetene forskynt med trykkfølere som er forbundet med den trykkregulerende ventil 62 (type "VD-3-3.3") i det den øvre trykkgrense fordelaktig velges til å 800 kPa. Trykkreguleringsventilen 62 er forbundet i paralell til en manuelt justerbar kontrollventil 63 (type "SV-3-M5-N-22-S") sammen med hovedlukkeventilen 61 (type "VL/0-3-3.3" ) som på sin side er forbundet med "eller" ventilen 60 (type "OS-6/3-3.3") hvilken er også forbundet en andre styreventil 64 (type "SV-3-M5-N-22-S").

Kontrollsystemet injiseres ved hjelp av kontrollventilen 63 (64) hvoretter systemet opererer automatisk og kontrollerer: ventilen 28, 29, 30, 31, 36, 37 og 38 i henhold til den oppsatte sekvens vist i fig. 2, eller ventilene 28, 30, 36 og 38 i henhold til den oppsatte sekvens vist i fig. 5.

Hvis trykket gassabsorpsjonsenheten stiger for meget vil lukkeventilen 61 på sin side stoppe syklusen. Syklusen kan imidlertid gjennoppstartes da styreventilene 64 eller ved trykkfall fra styreventilen 63.

Kontrollsystemet opererer fullstendig pnaumatisk i det fordelaktig anvendes syklus ved 500-600 kPa. Den komprimerte luft erholdes til styreutstyret fra i for seg velkjente komprimerte luftkilder, eks. en kompressor (ikke vist på tegningen) og føres inn i systemet via styreventilene 63 og 64, slik det fremgår av fig. 3 og 6.

Som tidligere nevnt er de pnaumatiske komponenter 52-62 anordnet på et kretskort som er plassert i et forseilet hus 47 (27). Styreventilene 63 og 64 er fordelaktig montert på utsiden av huset. En fordel ved dette arrangement er at slangen for komprimert luft kunn er nødvendig mellom styreventilene og kretskortet så vel som mellom membranventilen og kretskortet.

Et kontrollsystem sammensatt av tilsvarende pnaumatiske komponenter 52-64 kan som ovenfor nevnt også med fordel anvendes til å kontrollere driften av den fuktighets-absorberende enhet, spesielt hovedventilene 10 og 11 såvel som utløpsventilene 12 og 13.

Oppfinnelsen har til nå vært beskrevet ved hjelp av noen foretrukne utførelsesformer. Det er naturligvis ikke ønske-lig å begrense foreliggende oppfinnelse på noen måte og foreliggende oppfinnelse og dens mangfoldige individuelle variasjoner er mulig innen rammen av de vedlagte krav.

Således kan deler av anlegget adskille seg fra den viste representasjon. Kompressorene kan erstattes med tidligere erholdt komprimert luft. Selv om anlegget fullstendig forblir det samme kan absorpsjonsenheten tilpasset forskjellige operasjonsverdier ved å endre driftssyklusene. I tillegg til to oksygenproduserende enheter kan disse dobles, Idet en enhet er mindre hvorved det oppnås en to-trinns seperasjon hvor den ønskede renhetsgrad kan heves ved å la strømme gjennom den større enhet en relativt større gassmengde. Et slikt arrangement er nyttig når en spesiell høy renhetsgrad er ønsket. Ved å endre gassabsorpsjonsmaterialet kan anlegget for seperasjon av oksygen anvendes for seperasjon av nitrogen eller andre luftbestanddeler.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte ved konsentrasjon av gass ved hjelp av absorpsjon, spesielt for seperasjon av oksygen fra luft, karakterisert ved de følgende trinn komprimere luft til et trykk som er vesentlig høyere enn normalt atmosfæretrykk, fjerne vann som kondenseres under komprimeringen og eventuelt tørke den komprimerte luft, føre den komprimerte luft til en absorpsjonsenhet som innholder et absorberende materiale, fordelaktig naturlige eller syntetiske zeolitter egnet for seperasjon av gass i to komponenter, føre minst en hoveddel av produktgassen, anriket med hensyn til oksygen fra absorpsjonsenheten og fremføre denne fordelaktige til et lageranordning eller til et brukspunkt, og returnere en mindre del av produktgassen, anriket på oksygen til absorpsjonsenheten for å regenerere denne ved å fjerne gass, anriket med hensyn til nitrogen bundet til absorpsj onsmaterialet i absorpsjonsenheten, og at de følgende gasstrømmer: komprimert luft som føres til absorpsjonsenheten, hovedandelen av produktgassen, anriket med hensyn til oksygen som føres ut av absorpsjonsenheten, den mindre del av produktgassen, anriket med hensyn til oksygen som skal resirkuleres til absorpsjonsenheten, avfallsgassen, anriket med hensyn til nitrogen, som skal fjernes fra absorpsjonsenheten kontrolleres og reguleres ved hjelp av pnaumatisk arbeidende elementer hvor ved seperasjon av gassandelen, fortrinnsvis oksygen fra luft kan utføres på en sikker og pålitelig måte ved hjelp av absorpsjon også under fuktige, kalde og/eller eksplosjonsfarlige betingelser .

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1 som utføres ved hjelp av en totanks absorpsjonsenhet, karakterisert ved at startøyeblikket og strømningstiden for den mindre andel av produksjonsgass-strømmen, som føres fra en øvre del eller et utløpsrør i absorpsjonstanken gjennom den andre absorpsjonstank for regenerering av denne, er definert, kontrollert og regulert ved hjelp av pnaumatisk drevne elementer.

3. Fremgangmåte ifølge krav 1 som utføres ved hjelp av en enkelt tanks absorpsjonsenhet, karakterisert ved at startøyeblikket og strømningstiden for den mindre andel av produktgass-strøm-men, som føres fra et midlertidig lager gjennom absorpsjonstanken for regenerering av denne, er definert, kontrollert og regulert ved hjelp av pnaumatisk arbeidende elementer.

4. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at den komprimerte luft, hvorfra kondensert vann er fjernet føres inn i minst en totanks tørrer som innbefatter fuktighetsabsorberende materiale, fordelaktig silicagel eller en molekylsikt, for å tørke luften til en ønsket fuktighets-grad, fordelaktig slik at duggpunktet for den komprimerte luft etter tørking er ca. -40°C og at strømmen av komprimert gass inn i den fuktighetsabsorberende tørketank, hovedandelen av tørket luftstrøm fra den fuktighets absorberende tørketank inn i absorpsjonstanken, den mindre del av den tørkede luftstrøm fra en fuktighetsabsorberende tank inn i den andre fuktighetsabsorberende tank for regenerering av denne for å fjerne fuktighet bundet til det fuktighetsabsorberende materiale, og utstrømningen av luft inneholdende fuktighet fra det fuktighetsabsorberende tank under regenerering, kontrolleres og regenereres ved hjelp av pnaumatisk arbeidende elementer.

5. Gasskonsentreringsanlegg, spesielt for seperasjon av oksygen fra luft, karakterisert ved at anlegge innbefatter en kombinasjon av minst: en luftinnmatningsanordning (1), fordelaktig en kompressor for komprimering av mateluft, seperasjonsanordning (2-9) fordelaktig anvendt i kombinasjon med luftinnmatningsanordningen for å fjerne fra mateluften i det minste kondensert vann dannet ved luftkom-primeringen, en fliktighetsabsorberende tørkeanordning fordelaktig bestående av to tanker (14, 15) som absorberer fuktighet i to på-hverandre følgende trinn av hvor av hver innholder enten egnede fuktighetsabsorberende materiale fordelaktig silicagel eller innbefattende en molekylsikt, hvilken tørker er anordnet etter vannseperasjonsanordningen (2-9) og optimali-sert med hensyn til forholdet mellom det tørkende materiale, syklustidene og andre eventuelle parameter for dannelse av tørket, komprimert luft hvis duggpunkt fortrinnsvis ca. -40°C, en gassabsorpsjonsenhet (34;34, 35') som inneholder et materiale egnet for seperasjon av gass ved hjelp av absorpsjon til to komponenter, fordelaktig naturlig eller syntet-isk zeolitt for seperasjon av oksygen og nitrogen som er tilstede i innmatningsluften, tankanordning (45, 47) for å lagre det gassformige produkt, fordelaktig oksygenanriket gass, erholdt fra gassabsorp-sj onsenheten , rørledninger som forbinder delene av anlegget til strømningsforbindelsen med hverandre og som anvendes for å føre gasstrømmer mellom innmatningsanordningen (1), til seperasjonsanordningen (2-9) til den fuktighetsabsorberende tørker (14, 15), til gassabsorpsjonsenheten (34, 34', 35) og tankanordningen (45, 47) og pnaumatisk drevne regulerings og kontrollelementer (10-13, 28-31, 36, 37, 52-64) for å kontrollere gasstrømmene i de nevnte deler av anlegget så vel som til røranlegget, og eventuelt midler for ytterligere be-handling av separerte gasskomponenter, fordelaktig oksygenanriket gass, hvilken anordning er plassert etter gassanord-ningen (45, 47) og innbefatter fordelaktig en pnaumatisk trykkhevende enhet (70) og en trykkflaske (80) for å lagre gassformige produkt under høyt trykk.

6. Gasskonsentreringsanlegget ifølge krav 5, karakterisert ved at gassabsorpsjonsenhet en består av en enkelt tank 34 som 1 rekkefølge enten er 1 absorpsjonstrinnet hvor utstrømningstlden av oksygenanriket gass er 10-30s, fortrinnsvis ca. 18s, eller i regenereringstrinnet hvor utstrømningstrinnet for nitrogenanriket gass ligger i området 15-30s, fordelaktig ca. 23s, idet varigheten av hele syklusen fra begynnelsen av absorpsjonstrinnet til enden av regenereringstrinnet er 30-60s, fordelaktig ca.

52s.

7. Gasskonsentreringsanlegget ifølge krav 5, karakterisert ved at gassabsorpsjonsenheten består av to tanker (34', 35) er i et absorpsjonstrinn, hvor utstrømningstlden for oksygenanriket gass er 10-30s, fordelaktig ca. 15s, eller i regenereringstrinnet hvor utstrøm-ningstrinnet for en anriket gass er 15-30s, fordelaktig 24s, idet varigheten av hele syklusen fra begynnelsen av absorpsj onstrinnet i en tank til slutten av regenereringstrinnet i den andre tank er 50-100s, fordelaktig 84s.

8. Gasskonsentreringsanlegget Ifølge hvilket som helst av de foregående krav 5-7, karakterisert ved pnaumatiske reguleringselementer for innmatning av luft, oksygenanriket gass og nitrogenanriket gass består av flere pnaumatiske membranventiler (10-13, 28-31, 36, 37) og at elementene for drift av de nevnte pnaumatiske membranventiler (10-13, 28-31, 36, 37) innbefatter minst en pnaumatisk klokke (55-58) og pnaumatiske impulsventiler (53, 54 og 59).

9. Gasskonsentreringsanlegget ifølge hvilket som helst av de foregående krav 5-8, karakterisert ved at den trykkregulerende ventil 62 er knyttet til trykkfølere som er plassert i hver tank i gassabsorpsjonsenheten (34, 34', 35) og den fuktighetsabsorberende enhet (14, 15) og på den annen side til en avstengningsventil (61) i det pnaumatiske kontrollsystem (52-64) og at det pnaumatiske kontrollsystem er intergrert i et felles tett lukket hus slik at den vesentlige andel av dets komponenter (52-64) er anordnet inne i huset og at den trykkregulerende ventil (62) kan stoppe en arbeidssyklus hvis trykket i tanken eller gassabsorpsjonsenheten eller den fuktighetsabsorberende enhet overstiger en forhåndsbestemt høyde verdi, fordelaktig ca. 800 kPa i tanken i den fuktighetsabsorberende enhet eller ca. 500 kPa i tanken i den gassabsorberende enhet.

10. Gasskonsentreringsanlegg ifølge hvilket som helst av de foregående krav 5-9, karakterisert ved at den trykkhevende enhet (70) for å heve trykket av den produserte oksygenanrikede gass opptil 70 mPa består av en første totrinns arbeidssylinder 71 som arbeider i det lavere trykkområdet, en andre totrinns arbeidssylinder 72 som arbeider i det høyere trykkområdet, en mellomliggende tank 74 forskynt med den avlastningsventil 73 anordnet i serie mellom sylinderene (71, 72) og som arbeider i rekkefølge, en kontrolluftenhet (75), en første avstengningsventil (76) som innvirker på den første arbeidsylinder (71) og en andre stengeventil (77) og en trykkregulerende ventil (78) som påvirker den andre arbeidssylinder (72).