DD283074A5

DD283074A5 - Druckwechseladsorptionsanlage zum trennen von gasgemischen

Info

Publication number: DD283074A5
Application number: DD89328448A
Authority: DD
Inventors: Walter Leupolt; Ullrich Henf; Hans-Juergen Maass; Rainer Sendrowski; Lothar Blume; Christian Kecke
Original assignee: Dresden Komplette Chemieanlag
Priority date: 1989-05-10
Filing date: 1989-05-10
Publication date: 1990-10-03
Also published as: GB2232364A; DE4004831A1; HUT57076A; SE9001669D0; FR2646788A1; YU73590A; GB9008747D0; IT1241220B; IT9067343A1; IT9067343A0; HU902548D0

Abstract

Die Erfindung beinhaltet die Gestaltung einer Druckwechseladsorptionsanlage zum Trennen von Gasgemischen. Sie wird bei der Gewinnung von Sauerstoff oder Stickstoff aus der Luft angewendet. Unmittelbar an den Eintrittsenden der Adsorber und an dem Gasgemischspeicher ist ein gemeinsamer erster Ventilblock und unmittelbar an den Austrittsenden der Adsorber und an dem Produktgasspeicher ist ein gemeinsamer zweiter Ventilblock angeordnet. Dabei ist innerhalb des ersten Ventilblockes eine von dem Gasgemischspeicher zu allen Adsorbern fuehrende erste Gasleitung und innerhalb des zweiten Ventilblockes eine von allen Adsorbern zu dem Produktgasspeicher fuehrende zweite Gasleitung vorgesehen. Fig. 2{Druckwechseladsorption; Trennen; Gasgemisch; Gewinnung; Sauerstoff; Stickstoff; Luft; Adsorber; Gasgemischspeicher; Ventilblock; Produktgasspeicher; Gasleitung}

Description

Druckwechseladsorptionsanlage zum Trennen von Gasgemischen Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung wird bei der adsorptiven Zerlegung von Gasgemischen angewendet, insbesondere bei der Gewinnung von Sauerstoff oder Stickstoff aus der Luft.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Zum Trennen von Gasgemischen, beispielsweise zur Gewinnung von Sauerstoff oder Stickstoff aus der Luft, werden häufig Adsorptionsanlagen benutzt. Wegen ihrer Wirtschaftlichkeit bevorzugt man dabei Anlagen, die mit wechselndem Druck arbeiten, die s genannten Druckwechseladsorptionsanlagen

Bei diesen Anlagen erfolgt die Adsorption und die Desorption bei unterschiedlichen Drücken. Dabei findet bei steigendem Druck der Adsorptionsprozeß und bei sinkendem Druck der Desorptionsprozeß statt, worauf zumeist ein Spülen des Adsorptionsmittels mit dem gewonnenen reinen Gas folgt

Um diese Prozesse nacheinander durclführen zu können, müssen die Druckwechseladsorptionsanlagen mehrere Adsorber und eine Vielzahl von Ventilen aufweisen. Diese Ventile erhöhen den Material- und Kostenaufwand beträchtlich. Man ist daher bestrebt, den durch die Ventile entstehenden Aufwand zu verringern.

So ist aus der DE-OS 3310759 hierzu bekannt, an den Gaseinlaß und den Gasaustritt des Adsorbers je einen Ventilblock mit in die Hauptanschlußleitungen integrierten Ventilen anzuschließen. Der Ventilblock an dem Gasaustrittsstutzen ist über eine gesonderte Gasleitung mit dem Pufferbehälter für das Produktgas verbunden. Die konstruktive Gestaltung eines solchen Ventilblockee und die Anordnung der Anschlußleitungen ist in der DE-OS 3310759 jedoch nicht beschrieben.

In der DD-PS 265806 wird ein Ventilblock für Druckwechseladsorptionsanlagen vorgeschlagen, welchen quaderförmig ausgebildet ist. Dieser Ventilblock enthält Adsorbergasleitungen, in denen die AdsorberventiIe angeordnet sind. Dabei steht jedes Adsorberventil über eine kreuzartige Verzweigung mit einer Produktgasleitung in Verbindung. Jede Produktgasleitung führt über die kreuzartige Verzweigung zu mehreren in verschiedenen Adsorbergasleitungen angeordneten Adsorberventilen und ist dadurch mit allen Adsorberventilen verbunden. Die Adsorbergasleitungen führen von dem Ventilblock zu den Adsorbern, wodurch der Ventilblock über diese Adsorbergasleitungen mit allen Adsorbern in Verbindung steht Die Ventilblöcke sind darüber hinaus über gesonderte Gasleitungen mit dem Gasgemischspeicher bzw. mit dem Produktgasspeicher verbunden. Nachteilig ist, daß diese Gasleitungen das Gewicht der Druckwechseladsorptionsanlage und die Wahrscheinlichkeit von Undichtheiten erhöhen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, den Material- und Kostenaufwand der Druckwechseladsorptionsanlagen zu senken, den Raumbedarf und das Gewicht dieser Anlagen zu verringern.

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anordnung der Ventilblöcke, Adsorber, des Gasgemischspeichers und des Produktgasspeichers zueinander so zu gestalten, daß die Gasleitungen zwischen diesen Apparaten soweit als möglich verringert werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Adsorber, der Gasgemischspeicher und der Produktgasspeicher zu einem Dehälterblock zusammengefaßt sind und unmittelbar an den Eintrittsenden der Adsorber und des Gasgemischspeichers ein erster gemeinsamer Ventilblock und unmittelbar an den Austrittsenden der Adsorber und des Produktgasspeichers ein zweiter gemeinsamer Ventilblock angeordnet ist. Dabei ist innerhalb des ersten Ventilblockes eine von dem Gasgemischspeicher zu allen Adsorbern führende erste Gasleitung und innerhalb des zweiten Ventilblockes eine von allen Adsorbern zu dem Produktgasspeicher führende zweite Gasleitung vorgesehen. Auf diese Weise strömt das Gas aus dem Gasgemischspeicher direkt in den ersten Ventilblock, aus >1en Ventilblöcken direkt in die Adsorber, aus den Adsorbern direkt in die Ventilblöcke und aus dem zweiten Ventilblock direkt in den Produktgasspeicher. Gasleitungen zwischen den Adsorbern, dem Gasgemischspeicher und dem Produktgasspeicher einerseits und den Ventilblöcken andererseits sind nicht vorhanden.

Zweckmäßigerweise weisen die Adsorber an ihren Ein- und Austrittsenden ein Zwischenstück auf, das unmittelbar an dem jeweiligen Ventilblock angeordnet ist. In dem Zwischenstück sind Siebeinbauten und gegebenenfalls auch Federeinbauten vorgesehen. Die Siebeinbauten verhindern ein Eintreten des Adsorptionsmittels in den Ventilblock, die Federeinbauten pressen das Adsorptionsmittel zusammen.

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Eine Weiterentwicklung sieht vor, daß auch der Gasgemischspeicher an seinem Ein- bzw. Austrittsende ein Zwischenstück aufweist, das unmittelbar an dem ersten Ventilblock angeordnet ist. Ebenso weist auch der Produktgasspeicher an seinem Ein- und Austrittsende ein Zwischenstück auf, das unmittelbar an dem zweiten Ventilblock angeordnet ist. Bei einer besonderen Ausführungsform der Druckwechseladsorptionsanlage bestehen die Adsorber aus zwei Adsorberteilen. Diese sind vertikal nebeneinander angeordnet und durch eine Verbindungsleitung miteinander verbunden. Diese Ausführungsform ermöglicht eine platzsparende Ausbildung der Druckwechseladsorptionsanlage.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß gesonderte Gasleitungen zwischen den Adsorbern, dem Gasgemischspeicher und dem Produktgasspeicher einerseits und den Ventilblöcken andererseits entfallen, ^iwodurch die Druckwechseladsorptionsanlage kompakter und gew .chtsärmer wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1: den Querschnitt durch einen Ventilblock,

Fig. 2: den Längsschnitt durch eine Druckwechseladsorptionsanlage mit ungeteilten Adsorbern,

Fig. 3: den Querschnitt durch eine Druckwechseladsorptionsanlage mit geteilten Adsorbern,

Fig. 4: die perspektivische Sicht auf eine Druckwechseladsorptionsanlage mit geteilten Adsorbern,

Fig. 5: die Draufsicht auf eine Druckwechseladsorptionsanlage mit geteilten Adsorbern, bei der die Ventilblöcke mit Stirnplatten versehen sind.

Die beschriebene Druckwechseladsorptionsanlage dient zur Gewinnung von Sauerstoff aus der Luft. Das zu trennende Gasgemisch ist gemäß diesem Beispiel somit Luft. Den Kern der Druckwechseladsorptionsanlage bilden der erste Adsorber 1, der zweite Adsorber 2 und den dritte Adsorber 3. Diese 3 Adsorber sind unmittelbar an dem ersten Ventilblock 4 und an dem zweiten Ventilblock 5 angeordnet. Darüber hinaus ist unmittelbar an dem ersten Ventilblock 4 der Gasgemischspeicher 6 und unmittelbar an dem zweiten Ventilblock 5 der Produktgasspeicher 7 angeordnet. Dabei sind die 3 Adsorber 1, 2, 3 an ihren Eintrittsenden mit dem ersten Ventilblock 4 und an ihren Austrittsenden mit dem zweiten Ventilblock 5 direkt verbunden. Die Verbindung der 3 Adsorber 1, 2, 3, des Gasgemischspeichers 6 und des Produktgasspeichers 7 mit den beiden Ventilblöcken 4, 5 erfolgt jeweils über das zylindrische Zwischenstück 8. Diese Zwischenstücke 8 sind jeweils an den Ein- und Austrittsenden der Adsorber 1, 2, 3, an dem Gasgemischspeicher 6 und an dem Produktgasspeicher 7 gasdicht befestigt (angeschweißt), ragen in einen Ventilblock 4, 5 hinein und sind mit diesen verschraubt. Auf diese Weise wird eine starre, gasdichte Verbindung zwischen den beiden Ventilblöcken 4, 5 und den genannten Apparaten geschaffen. In den Zwischenstücken 8, riie an den 3 Adsorbern 1, 2, 3 befestigt sind, ist jeweils ein Sieb vorgesehen, welches den Austritt des Adsorptionsmittels in die Ventilblöcke 4, 5 verhindert. Weiterhin ragt an den Austrittsenden der 3 Adsorber I₁ 2, 3 die Verspannungseinrichtung für den die Aclsorptionsmittelschicht begrenzenden Boden in die Zwischenstücke 8 hinein. Die Zwischenstücke 8 sind so kurz wie technisch möglich ausgebildet, d. h. so kurz, wie es eine Schraubverbindung mit Hilfe von Stiftschrauben, die in die Ventilblöcke 4, 5 eingelassen sind., erfordert. Bei anderen Ausführungsformen kann die Länge des Zwischenstückes 8 durch die Größe der Einbauten, die in dem Zwischenstück 8 angeordnet werden sollen, bestimmt werden.

Die Länge der Zwischenstücke 8 beträgt maximal 10 % der Länge der Adsorber 1, 2, 3 bzw. des Gasgemischspeichers oder des Produktgasspeichers 7. Auf diese Weise sind die 3 Adsorber 1, 2, 3, der Gasgemischspeicher 6 und der Produktgasspeicher 7 unmittelbar an den beiden Ventilblöcken 4, 5 bzw. an einem der beiden Ventilblöcke 4, 5 angeordnet. Darüber hinaus sind auf diese Weise die 3 Adsorber 1, 2, 3, der Gasgemischspeicher 6 und der Produktgasspeicher 7 zu einem Behälterblock zusammengefaßt.

Die beiden Ventilblöcke 4, 5 sind im wesentlichen so gestaltet, wie in der DD-PS 265806 beschrieben. Sie weisen die Form eines Quaders mit rechteckiger Grundfläche auf. Wie aus Figur 1 ersichtlich, weisen die beiden Ventilblöcke 4, 5 an den Stellen, an denen die 3 Adsorber, 1, 2, 3 und der Gasgemischspeicher 6 bzw. der Produktgasspeicher 7 angeordnet sind, eine jeweils kreuzartige Verzweigung auf. Diese Verzweigungen sind jeweils über einen Kanal mit dem Zwischenstück 8 verbunden, so daß Gas aus den Adsorbern 1, 2, 3, dem Gasgemischspeicher 6 und dem Produktgasspeicher in die jeweilige Verzweigung bzw. umgekehrt strömen kann. Die Verzweigungen münden jeweils in zwei oder drei Rohrenden, die gemeinsam mit einer pneumatisch betätigten Membrane die AdsorberventiIe 9 bilden. In der Figur 1 sind drei dieser AdsorberventiIe 9 dargestellt. An der Stelle, wo sich die genannten Rohrenden befinden, sind in die beiden Ventilblöcke 4, 5 zy1inderförmige Aussparungen eingearbeitet, die gemeinsam mit den Rohrenden einen Ringspalt bilden. Die Fläche eines solchen Ringspaltes entspricht dabei der Tnnenquerschnittsflache der Rohrenden. Die beiden Ventilblöcke 4, 5 weisen in ihrer Längsrichtung zwei oder drei Gasleitungen auf, die die drei Adsorber 1, 2, 3 und den Gasgemischspeicher 6 bzw. den Produktgasspeicher 7 miteinander verbinden. Die zy1inderförmigen Aussparungen sind Bestandteil dieser Gasleitungen.

Die Achsen der zu den kreuzartigen Verzweigungen führenden Rohre schneiden sich dabei mit der Achse einer Gasleitung.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist eine der in dem ersten Ventilblock 4 befindlichen Gasleitungen mit der Druckluftleitung 10 verbunden. Diese mit der Druckluftleitung 10 verbundene Gasleitung stellt die erste Gasleitung 11 dar. Sie erstreckt sich über die gesamte Länge des ersten Ventilblockes 4. Sie verbindet die Druckluftleitung 10 mit dem Gasgemischspeicher 6 und den drei Adsorbern I₁ 2, 3 und somit auch den Gasgemischspeicher 6 mit den drei Adsorbern 1, 2, 3. Die Druckluftleitung 10 dient zur Zuführung des Gasgemisches Luft, aus dem der Sauerstoff durch Adsorption gewonnen werden soll.

In dem ersten Ventilblock 4 ist in der ersten Gasleitung ein Filter angeordnet, welcher in das zu dem Gasgemischspeicher 6 gehörende Zwischenstück 8 hineinragt. Die von dem Verdichter durch die Druckluftleitung 10 kommende Luft strömt durch das Filter in den Gasgemischspeicher 6 und von diesem durch das zu dem Gasgemischspeicher 6 gehörende Zwischenstück 8, durch die erste Gasleitung 11 und durch das dsm jeweiligen Adsorber 1, 2, 3 zugeordnete Adsorberventi1 jeweils in den der 3 Adsorber 1, 2, 3, in dem der Adsorptionsprozeß stattfindet.

Eine andere Gasleitung des ersten Ventilblockes 4, die sich ebenfalls über die gesamte Länge dieses Ventilblockes erstreckt, ist mit der Restgasleitung 12 verbunden. Diese Gasleitung hat jedoch keine Verbindung zu dem Gasgemischspeicher 6. Durch die Restgasleitung 12 verläßt das bei dem Desorptions- bzw. Spülprozeß in den Adsorbern 1, 2, 3 an-

fallende Restgas den ersten Ventilblock 4. Das Restgas tritt dabei aus den jeweiligen Adsorbern 1, 2, 3 in das an diesem Adsorber angeordnete Zwischenstück 8, danach in die in dem ersten Ventilblock 4 befindliche und mit der Restgasleitung 12 verbundene Gasleitung und anschließend in die Restgasleitung 12.

Die drei Adsorber 1, 2, 3 stehen über die in dem zweiten Ventilblock 5 angeordnete zweite Gasleitung 13 sowohl untereinander als auch mit dem Produktgasspeicher 7 in Verbindung. In der zweiten Gasleitung 13 ist zwischen den 3 Adsorbern 1, 2, 3 und dem Produktgasspeicher 7 ein Rückschlagventil vorgesehen, das ein Zurückströmen des Sauerstoffes aus dem Produktgasspeicher 7 in die 3 Adsorber verhindert. In dem Produktgasspeicher 7 wird der gewonnene Sauerstoff gespeichert. Dabei tritt der während des Adsorptionsprozesses abgetrennte Sauerstoff aus dem jeweiligen Adsorber durch das zv diesem Adsorber gehörende Zwischenstück 8 und das zugehörige Adsorberventil 9 in die zu dem Produktgasspeicher 7 führende zweite Gasleitung 13 und durch diese Gasleitung und durch das Rückschlagventil in den Produktgasspeicher 7. Die zweite Gasleitung 13 ist mit der Produktgasleitung 14 verbunden, durch die der aus dem Produktgasspeicher 7 kommende Sauerstoff die Druckwechseladsorptionsanlage verläßt. Diese Produktgasleitung 14 weist ein Ventil auf, mit dem die Sauerstoffabnähme aus dem Produktgasspeicher 7 geregelt wird. Die anderen in dem zweiten Ventilblock 5 angeordneten Gasleitungen verbinden die drei Adsorber 1, 2, 3 untereinander.

ßei der in Figur 2 dargestellten Anlage sind die beiden Ventilblöcke 4, 5 gegenüberliegend, d. h. oberhalb und unterhalb der Adsorber 1, 2, 3, des Gasgemischspeichers 6 und des Produktgasspeichers 7, angeordnet. Eine solche Ausführungsform wählt man vorzugsweise bei größeren Druckwechseladsorptionsanlagen.

Bei einer Ausführungsform gemäß den Figuren 3 und 4 sind die drei Adsorber 1, 2, 3 geteilt ausgebildet und die beiden Ventilblöcke 4, 5 horizontal nebeneinander angeordnet. Die beiden Adsorberteile sind dabei durch die Verbindungsleitung 15 miteinander verbunden, durch die Gas von einem Adsorbertei1 in den anderen Adsorberteil strömt. Diese Ausführungsform wählt man bei kleineren Druckwechseladsorptionsaniagen, bei denen eine Raumeinsparung gewünscht wird.

Eine Ausführungsform ,der Druckwechseladsorptionsaniage mit quadratischer Grundfläche ist in Figur 5 dargestellt. Hierbei sind die drei Adsorber 1, 2, 3 auch geteilt ausgebildet und die beiden Ventilblöcke 4, 5 horizontal nebeneinander angeordnet. An den beiden Ventilblöcken 4, 5. ist jeweils eine Stirnplatte angeordnet. Die Stirnplatten weisen ebenfalls Gasleitungen auf, welche mit den Gasleitungen der Ventilblöcke 4, 5 in Verbindung steher.. Die Gasleitungen in der zum ersten Ventilblock 4 gehörigen Stirnplatte führen zu den Lintrittsenden der drei Adsorber 1, 2, 3. Die erste Gasleitung 11, die mit der Druckluftlei, tung 10 verbunden ist, führt darüber hinaus zu dem Gasgemischspeicher 6. Die zweite Gasleitung 13 in der zum zweiten Ventilblock 5 gehörigen Stirnplatte führt zu den Austrittsenden der drei Adsorber 1, 2, 3 urvi zu dem Produktgasspeicher 7. Die beiden Stirnplatten sind somit unmittelbarer Bestandteil der beiden Ventilblöcke 4, 5.

Diese Ausführungsform eignet sich vor allem für kleine Druckwechseladsorptionsanlagen mit besonders geringem Platzbedarf. Sie ist gut geeignet lür die Anordnung der Anlage in einem relativ kleinen Behälter.

Claims

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Patentansprüche

1. Druckwechseladsorptionsanlage zum Trennen von GTsgemischen, bestehend aus mehreren nebeneinander angeordneten Adsorbern, einem Gasgemischspeicher, einem Produktgasspeicher und aus Ventilblöcken, die die AdsorberventiIe enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar an den Eintrittsenden der Adsorber (l, 2, 3) und an dem Gasgemischspeicher (6) ein gemeinsamer erster Ventilblock (4) und unmittelbar an den Austrittsenden der Adsorber (1, 2, 3) und an den Produktgasspeicher (7) ein gemeinsamer zweiter Ventilblock (5) angeordnet ist, wobei innerhalb des ersten Ventilblockes (4) eine von dem Gasgemischspeicher (6) zu allen Adsorbern (1, 2, 3) führende erste Gasleitung (11) und innerhalb des zweiten Ventilblockes (5) eine von allen Adsorbern (l, 2, 3) zu dem Produktgasspeicher (7) führende zweite Gasleitung (13) vorgesehen ist.
2. Druckwechseladsorptionsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorber (l, 2, 3) an ihren Ein- und Austrittsenden ein Zwischenstück (8) aufweisen, das unmittelbar an dem jeweiligen Ventilblock (4, 5) angeordnet ist, wobei in dem Zwischenstück (8) Siebeinbauten vorgesehen sind.
3. Druckwechseladsorptionsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasgemischspeicher (6) an seinem Ein- und Austrittsende ein Zwischenstück (8) aufweist, das unmittelbar an dem ersten Ventilblock (4) angeordnet ist und der Produktgasspeicher (7) an seinem Ein- und Austrittsende ein Zwischenstück (8) aufweist, das unmittelbar an dem zweiten Ventilijlock (5) angeordnet ist.
4. Druckwechseladsorptionsanlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorber (l, 2, 3) aus zwei Adsorberteilen bestehen, die vertikal nebeneinander angeordnet und durch eine Verbindunqsleitunrj (15) miteinander verbunden sind.

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