DD265809A1

DD265809A1 - DEVICE FOR CONTROLLING THE GAS STROEME IN PRESSURE CHANGE ADSORPTION PLANTS

Info

Publication number: DD265809A1
Application number: DD87307821A
Authority: DD
Inventors: Hans-Juergen Maass; Guenter Bruntsch; Franz Ritter; Erich Keiner
Original assignee: Dresden Komplette Chemieanlag
Priority date: 1987-10-12
Filing date: 1987-10-12
Publication date: 1989-03-15
Also published as: HUT51170A; GB2210808A; YU189588A; IT8867914A0; DE3832177A1; FR2621497A1; GB8823959D0; ATA237988A; SE8803605D0; IT1224484B; FR2621497B1; SE465357B; GB2210808B

Abstract

Die Erfindung beinhaltet eine Vorrichtung zum Steuern der Gasstroeme in einer Druckwechseladsorptionsanlage, welche zum adsorptiven Trennen von Gasgemischen dient und bevorzugt zum Gewinnen von Sauerstoff oder Stickstoff aus der Luft angewendet wird. Die Druckwechseladsorptionsanlage weist eine Gruppe von Adsorbern auf. Der Adsorbergruppe ist jeweils an der Seite des Gaseinlasses und Gasauslasses ein gemeinsamer Ventilblock zugeordnet, der ueber Adsorbergasleitungen mit jedem Adsorber verbunden ist. In beiden Ventilbloecken sind in den Adsorbergasleitungen pneumatische Adsorberventile angeordnet. Die bei einem Arbeitstakt wirksamen, in beiden Ventilbloecken angeordneten Adsorberventile stehen ueber eine Steuergasleitung mit einem gemeinsamen Steuerventil in Verbindung. Damit werden jene Adsorberventile in beiden Ventilbloecken, die einen Adsorptionsprozess in einem Adsorber, einen Desorptionsprozess in einem anderen Adsorber und gegebenenfalls einen Spuel- und/oder Bespannungsvorgang in weiteren Adsorbern ermoeglichen, von einem gemeinsamen Steuerventil betaetigt. FigurThe invention includes a device for controlling the gas flow in a pressure swing adsorption plant, which is used for adsorptive separation of gas mixtures and is preferably used for recovering oxygen or nitrogen from the air. The pressure swing adsorption plant has a group of adsorbers. The adsorber group is assigned a common valve block on the side of the gas inlet and gas outlet, which is connected to each adsorber via adsorber gas lines. In both Ventilbloecken pneumatic Adsorberventile are arranged in the Adsorbergasleitungen. The effective in a work cycle, arranged in two Ventilbloecken adsorber valves are connected via a control gas line with a common control valve in connection. Thus, those adsorber valves in both valve blocks, which permit an adsorption process in an adsorber, a desorption process in another adsorber and possibly a spooling and / or stringing process in further adsorbers, are actuated by a common control valve. figure

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung wird bei der adsorptiven Trennung von Gasgemischen angewendet, insbesondere bei der Gewinnung von Sauerstoff oder Stickstoff aus der Luft.The invention is used in the adsorptive separation of gas mixtures, in particular in the recovery of oxygen or nitrogen from the air.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Zum Trennen von Gasgemischen, beispielsweise zur Gewinnung von Sauerstoff oder Stickstoff aus der Luft, werden heute wegen ihrer Wirtschaftlichkeit und ihrer Effektivität häufig Adsorptionsanlagen angewendet. Dabei haben sich in der letzten Zeit Anlagen, die mit wechselndem Druck arbeiten, besonders bewährt. Bei diesen Anlagen erfolgt die Regenerierung des Adsorptionsmittels durch Druckabsenkung und gegebenenfalls durch Spülen mit dem gewonnenen reinen Gas. Die bekannten Druckwechseladsorptionsanlagen weisen eine Vielzahl von Ventilen zum Steuern der Gasströme auf. Diese Ventile erhöhen den materialmäßigen und kostenmäßigen Aufwand beträchtlich. Daher ist man bestrebt, den durch die Ventile entstehenden Aufwand zu verringern.For the separation of gas mixtures, for example for the production of oxygen or nitrogen from the air, adsorption plants are nowadays frequently used because of their economy and their effectiveness. In the recent past, systems which work with alternating pressure have proven particularly useful. In these systems, the regeneration of the adsorbent is carried out by reducing the pressure and optionally by purging with the recovered pure gas. The known pressure swing adsorption systems have a plurality of valves for controlling the gas flows. These valves increase the material and cost considerably. Therefore, one strives to reduce the costs incurred by the valves effort.

Aus der DE-OS 3310759 ist hierzu bekannt, die in die Hauptanschlußleitungen integrierten Ventile in einem Ventilblock zusammenzufassen. Die Ventilblöcke sind jeweils am Gaseinlaß und am Gasaustritt eines Adsorbers angeordnet. Durch die Ventilblöcke wird die Verrohrung an den Adsorbern erheblich verringert. Die Steuerung der Ventile wird in der DE-OS 3310759 jedoch nicht beschrieben.From DE-OS 3310759 this is known to summarize the integrated in the main connection lines valves in a valve block. The valve blocks are each arranged at the gas inlet and at the gas outlet of an adsorber. The valve blocks significantly reduce the piping on the adsorbers. However, the control of the valves is not described in DE-OS 3310759.

In der DE-OS 2 951626 wird eine Vorrichtung zum Zerlegen eines Gasgemisches dargestellt, die an den Adsorbern mit einzelnen Ventilen zum Gaseinlaß und Gasaustritt ausgerüstet ist. Dabei sind das Einlaßventil des ersten Adsorbers und das Auslaßventil des zweiten Adsorbers steuerungsmäßig zu einer ersten Ventilanordnung zusammengefaßt und an eine pneumatische Steuereinheit angeschlossen. Ebenso sind das Einlaßventil des zweiten Adsorbers und das Auslaßventil des ersten Adsorbers zu einer zweiten Ventilanordnung zusammengefaßt und an die gleiche Steuereinheit angeschlossen. Bei Erreichen eines Spitzendruckes in einem Adsorber schaltet die Steuereinheit jeweils auf den anderen Adsorber um. Durch die Anordnung einzelner Ventile entsteht bei dieser Vorrichtung noch ein relativ hoher Aufwand.In DE-OS 2 951626 a device for decomposing a gas mixture is shown, which is equipped on the adsorbers with individual valves for gas inlet and gas outlet. The inlet valve of the first adsorber and the outlet of the second adsorber are combined in terms of control to form a first valve assembly and connected to a pneumatic control unit. Likewise, the inlet valve of the second adsorber and the outlet valve of the first adsorber are combined to form a second valve assembly and connected to the same control unit. When a peak pressure in an adsorber is reached, the control unit switches over to the other adsorber in each case. The arrangement of individual valves still creates a relatively high effort in this device.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, bei Druckwechseladsorptionsanlagen den material- und kostenmäßigen Aufwand für die Ventile, deren Steuerung und für die Rohrleitungen an den Adsorbern zu verringern.The aim of the invention is to reduce the cost of material and cost of the valves, their control and for the pipes to the adsorbers at pressure swing adsorption.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Steuern der Gasströme in einer Druckwechseladsorptionsanlage zu entwickeln, die so ausgebildet ist, daß mehrere Adsorberventile am Gaseinfluß und Gasaustritt der Adsorber durch ein Steuerorgan gemeinsam betätigt werden, wobei die Adsorberventile während eines Arbeitszyklusses der Druckwechseladsorptionsanlage nur einmal öffnen und schließen.The invention has for its object to develop a device for controlling the gas flows in a pressure swing adsorption, which is designed so that a plurality of adsorber valves on the gas and gas outlet of the adsorber are actuated together by a control member, the adsorber during a working cycle of the pressure swing adsorption only once open and close.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zur Druckwechseladsorptionsanlage gehörenden Adsorbergruppe an der Seite des Gaseinlasses und des Gasaustrittes jeweils ein gemeinsamer Ventilblock zugeordnet ist. Der AdsorbergruppeThe object is achieved in that the belonging to the pressure swing adsorption adsorber is assigned to the side of the gas inlet and the gas outlet in each case a common valve block. The adsorber group

sind somit 2 Ventilblöcke zugeordnet, wobei die einzelnen Adsorber über Adsorbergasleitungen mit den Ventilblöcken in Verbindung stehen. Die Adsorbergasleitungen weisen in den Ventilblöcken mehrere pneumatische Adsorberventile auf. Dabei ist jedes Adsorberventil mit einer Gasleitung für ein in den Ventilblock oder aus dem Ventilblock strömendes Gas verbunden. Die bei einem Arbeitstakt wirksamen, in beiden Ventilblöcken angeordneten Adsorberventile stehen über eine Steuergalseitung mit einem gemeinsamen Steuerventil in Verbindung. Ein Arbeitstakt stellt dabei einen Adsorptionsprozeß in einem der Adsorber dar. Zur gleichen Zeit erfolgt in den anderen Adsorbern der Desorptionsprozeß und gegebenenfalls ein Spülprozeß. Ist der Adsorber, in dem der Adsorptionsprozeß stattfand, beladen, so wird auf einen anderen Adsorber umgeschaltet, in dem nach einem Druckausgleich ein neuer Adsorptionsprozeß und damit ein neuer Arbeitstakt beginnt. Mit einem gemeinsamen Steuerventil stehen somit jene Adsorberventile in beiden Ventilblöcken in Verbindung, die den Adsorptionsprozeß in einem Adsorber und den Desorptionsprozeß und gegebenenfalls den Spülprozeß jeweils in einem anderen Adsorber ermöglichen. Zweckmäßigerweise stehen dabei alle bei einem Arbeitstakt wirksamen Adsorberventile beider Ventilblöcke mit einem einzigen gemeinsamen Steuerventil in Verbindung. Da ein Steuerventil einen Arbeitstakt nur jeweils in dem selben Adsorber veranlaßt, wird auf eine Weise gewährleistet, daß die Adsorberventile während eines Arbeitszyklusses der Druckwechseladsorptionsanlage nur einmal öffnen und schließen. Unter Arbeitszyklus wird dabei der Ablauf (die Vollendung) der Arbeitstakte in allen Adsorbern der Anlage verstanden. Weist die Druckwechseladsorptionsanlage beispielsweise drei Adsorber auf, so ist ein Arbeitszyklus nach drei Arbeitstakten abgelaufen, d. h. in allen drei Adsorbern hat jeweils ein Adsorptionsprozeß stattgefunden. Im Rahmen eines solchen Arbeitszyklus öffnet und schließt dabei ein Adsorberventil somit nur einmal.Thus, 2 valve blocks are assigned, wherein the individual adsorber are connected via adsorber gas lines with the valve blocks. The adsorber gas lines have a plurality of pneumatic adsorber valves in the valve blocks. In this case, each adsorber valve is connected to a gas line for a gas flowing into the valve block or from the valve block. The effective in a work cycle, arranged in two valve blocks adsorber valves are connected via a control galley with a common control valve in connection. A working cycle represents an adsorption process in one of the adsorbers. At the same time, the desorption process takes place in the other adsorbers and optionally a rinsing process. If the adsorber, in which the adsorption took place loaded, it is switched to another adsorber, in which, after a pressure equalization, a new adsorption process and thus a new power stroke begins. With a common control valve thus are those adsorber valves in both valve blocks in combination, which allow the adsorption process in an adsorber and the desorption process and optionally the rinsing process in each case in another adsorber. Conveniently, all adsorber valves of both valve blocks that are effective in one cycle are connected to a single common control valve. Since a control valve causes a power stroke only in each case in the same adsorber, it is ensured in a manner that the adsorber valves open and close only once during a working cycle of the pressure swing adsorption. By "duty cycle" is meant the process (completion) of the working cycles in all adsorbers of the plant. If the pressure swing adsorption plant has, for example, three adsorbers, then one working cycle has expired after three work cycles, ie. H. in each case an adsorption process has taken place in all three adsorbers. Within the scope of such a work cycle, an adsorber valve thus opens and closes only once.

In den Fällen, in denen ein Adsorber vor einem Adsorptionsprozeß bespannt (wiederaufgedrückt) wird, gehört auch dieser Bespannungsvorgang neben dem Adsorptions-, Desorptions- und Spülprozeß und zu dem jeweiligen Arbeitstakt. In einem solchen Fall stehen bei einem Arbeitstakt auch die beim Spülen und/oder Bespannen eines Adsorbers wirksamen Adsorberventile mit dem gemeinsamen Steuerventil in Verbindung.In the cases in which an adsorber before an adsorption process covered (repressed), this Bespannungsvorgang belongs in addition to the adsorption, desorption and rinsing process and to the respective power stroke. In such a case, during an operating cycle, the adsorber valves which are effective when rinsing and / or covering an adsorber are also connected to the common control valve.

Die Steuerventile sind in der Regel als Magnetventile ausgebildet. Sie sind mit einem elektronischen Impulsgeber verbunden, von dem sie einen elektrischen Impuls erhalten, wodurch sie öffnen oder schließen. Die Zahl der Steuerventile für beide Ventilblöcke entspricht der Zahl der zu der Druckwechseladsorptionsanlage gehörenden Adsorber. Mit dem Öffnen eines Steuerventiles wird ein Arbeitstakt ausgelöst, wodurch ein Adsorptionsprozeß in einem bestimmten Adsorber, ein Desorptionsprozeß in einem anderen Adsorber und gegebenenfalls ein Spül- oder Bespannungsprozeß in einem dritten Adsorber beginnen.The control valves are usually designed as solenoid valves. They are connected to an electronic pulse generator, from which they receive an electrical impulse, whereby they open or close. The number of control valves for both valve blocks corresponds to the number of belonging to the pressure swing adsorption adsorber. With the opening of a control valve, a power stroke is triggered, whereby an adsorption process in a particular adsorber, start a desorption process in another adsorber and optionally a rinsing or stringing process in a third adsorber.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung ist das Schema einer Druckwechseladsorptionsanlage mit 3 Adsorbern dargestellt.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing, the scheme of a pressure swing adsorption plant is shown with 3 adsorbers.

In der Druckwechseladsorptionsanlage soll Sauerstoff mit einer Konzentration von etwa 90Vol.-% aus der Luft gewonnen werden. Der gewonnene Sauerstoff soll in dem Sauerstoffbehälter einen relativ hohen Druck aufweisen (oberhalb 0,4MPa). Die Anlage besitzt 3 Adsorber, nämlich den ersten Adsorber 1, den zweiten Adsorber 2 und den dritten Adsorber 3, die vertikal nebeneinander angeordnet sind. Diese 3 Adsorber bilden eine Adsorbergruppe. Mit der oberen Seite der 3 Adsorber 1,2,3 steht der obere Ventilblock 4 und mit der unteren Seite der Adsorber der untere Ventilblock 5 über Adsorbergasleitungen in Verbindung. Dabei führen die erste Adsorbergasleitung 6 von dem oberen Teil des ersten Adsorbers 1, die zweite Adsorbergasleitung 7 von dem oberen Teil des zweiten Adsorbers 2 und die dritte Adsorbergasleitung 8 von dem oberen Teil des dritten Adsorbers 3 jeweils in den oberen Ventilblock 4 hinein. Die 3 Adsorber 1, 2,3 sind auf diese Weise über Adsorbergasleitungen an den Seiten des Gaseinlasses und des Gasaustrittes mit den beiden Ventilblöcken 4, 5 verbunden. Der obere Ventilblock 4 und der untere Ventilblock 5 weisen im Prinzip die gleiche konstruktive Gestaltung auf, unterschiedlich ist die Anzahl der in ihnen angeordneten Adsorberventile und die Art der zugeführten Gase. Darüber hinaus sind nur in dem oberen Ventilblock 4 Druckausgleichsventile vorgesehen, die jedoch aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit in der Zeichnung nicht dargestellt sind.In the pressure swing adsorption system, oxygen with a concentration of about 90% by volume is to be recovered from the air. The recovered oxygen should have a relatively high pressure in the oxygen tank (above 0.4 MPa). The plant has 3 adsorbers, namely the first adsorber 1, the second adsorber 2 and the third adsorber 3, which are arranged vertically next to each other. These 3 adsorbers form an adsorber group. With the upper side of the adsorber 3, 3, 3, the upper valve block 4 and with the lower side of the adsorber the lower valve block 5 is connected via adsorber gas lines. The first adsorber gas line 6 leads from the upper part of the first adsorber 1, the second adsorber gas line 7 from the upper part of the second adsorber 2 and the third adsorber gas line 8 from the upper part of the third adsorber 3 into the upper valve block 4. The adsorber 1, 2, 3 are connected in this way via Adsorbergasleitungen on the sides of the gas inlet and the gas outlet with the two valve blocks 4, 5. The upper valve block 4 and the lower valve block 5 have in principle the same structural design, different is the number of arranged in them adsorber valves and the type of gases supplied. In addition, only in the upper valve block 4 pressure compensation valves are provided, which are not shown for reasons of clarity in the drawing.

In den beiden Ventilblöcken 4,5 sind in den Adsorbergasleitungen 6,7,8,9,10,11 die den jeweiligen Adsorbern 1, 2,3 zugeordneten Adsorberventile angeordnet. So sind in dem oberen Ventilblock 4 in der ersten Adsorbergasleitung 6 und in dem unteren Ventilblock 5 in der vierten Abgasleitung 9 die dem ersten Adsorber 1 zugeordneten Adsorberventile vorgesehen. In der zweiten Adsorbergasleitung 7 sind in dem oberen Ventilblock 4 und in der fünften Adsorbergasleitung 10 sind in dem unteren Ventilblock 5 die zu dem zweiten Adsorber 2 gehörenden Adsorberventile angeordnet. Schließlich sind in dem oberen Ventilblock 4 in der dritten Adsorbergasleitung 8 und in dem unteren Ventilblock in der sechsten Adsorbergasleitung 11 die dem dritten Adsorber 3 zugeordneten Adsorberventile vorgesehen. Dabei sind in dem oberen Ventilblock 4 in jeder Adsorbergasleitung drei Adsorberventile und in dem unteren Ventilblock 5 in jeder Adsorbergasleitung zwei Adsorberventile jeweils hintereinander angeordnet, so daß der obere Ventilblock 4 neun und der untere Ventilblock 5 sechs Adsorberventile aufweist. Diese insgesamt 15 Adsorberventile sind als Membranventile ausgebildet, welche durch Steuergas beaufschlagt werden.In the two valve blocks 4, 5, the adsorber valves 1, 2, 3 assigned to the respective adsorbers 1, 2, 3 are arranged in the adsorber gas lines 6, 7, 8, 9, 10, 11. Thus, in the upper valve block 4 in the first adsorber gas line 6 and in the lower valve block 5 in the fourth exhaust gas line 9, the adsorber 1 associated with the first adsorber is provided. In the second adsorber gas line 7, the adsorber valves belonging to the second adsorber 2 are arranged in the upper valve block 4 and in the fifth adsorber gas line 10 in the lower valve block 5. Finally, the adsorber valves associated with the third adsorber 3 are provided in the upper valve block 4 in the third adsorber gas line 8 and in the lower valve block in the sixth adsorber gas line 11. In this case, in the upper valve block 4 in each adsorber gas line three adsorber valves and in the lower valve block 5 in each adsorber two Adsorberventile respectively arranged one behind the other, so that the upper valve block 4 has nine and the lower valve block 5 six adsorber valves. These total of 15 adsorber valves are designed as diaphragm valves, which are acted upon by control gas.

Die 3 Adsorbergasleitungen 6,7,8 führen von oben her in den oberen Ventilblock 4 hinein, ebenso führen die 3 Adsorbergasleitungen 9,10,11 von unten her in den unteren VentilblQck 5 hinein. Die Adsorberventile sind in den beiden Ventilblöcken 4,5 übereinander in 3 bzw. 2 Ebenen angeordnet. Die 3 Adsorberventile einer jeden Ebene sind über eine kreuzartige Verzweigung jeweils mit einer Leitung für ein bestimmtes Produktgas verbunden. So sind in dem oberen Ventilblock4 die 3 Adsorberventile der mittleren Ebene mit der Sauerstoffleitung 12, die 3 Adsorberventile der oberen Ebene mit der Bespannungsgasleitung 13, welche von der Sauerstoffleitung 12 abzweigt, und die 3 Adsorberventile der unteren Ebene mit der Spülgasleitung 14, die ebenfalls von der Sauerstoffleitung 12 abzweigt, verbunden. In dem unteren Ventiiblock 5 sind die 3Adsorberventile der oberen Ebene mit der Luftzuführungsleitung 15 und die 3 Adsorberventile der unteren Ebene mit der Restgasleitung 16 verbunden.The 3 adsorber gas lines 6, 7, 8 lead from above into the upper valve block 4, and the three adsorber gas lines 9, 10, 11 lead from below into the lower valve block 5. The adsorber valves are arranged one above the other in the two valve blocks 4, 3 or 2 planes. The 3 Adsorberventile each level are connected via a cross-type branch each with a line for a specific product gas. Thus, in the upper valve block 4 are the 3 middle-level adsorber valves with the oxygen line 12, the 3 upper-level adsorber valves with the string gas line 13 branching from the oxygen line 12, and the 3 lower-level adsorber valves with the purge gas line 14, also from the oxygen line 12 branches off, connected. In the lower valve block 5, the upper level adsorber valves are connected to the air supply line 15 and the three lower level adsorber valves are connected to the residual gas line 16.

Von der Luftzuführungsleitung 15, welche mit einem Kompressor in Verbindung steht, zweigt vor dem Druckminderer 17 die erste Steuergasleitung 18 ab, die mit dem Steuergasspeicher 19 verbunden ist. Sie ist an ihrem Abzweig von der Luftzuführungsleitung 15 mit einem Rückschlagventil versehen. Die erste Steuergasleitung 18 teilt sich, wobei jeweils eine Teilleitung zu dem ersten Steuerventil 20, zu dem zweiten Steuerventil 21 und zu dem dritten Steuerventil 22 führt. Diese 3 Steuerventile 20, 21,22 sind als Magnetventile ausgebildet und stehen über elektrische Leitungen mit dem elektronischen Impulsgeber 23 in Verbindung.From the air supply line 15, which communicates with a compressor, branches off before the pressure reducer 17, the first control gas line 18, which is connected to the control gas reservoir 19. It is provided at its branch from the air supply line 15 with a check valve. The first control gas line 18 is divided, with a respective partial line leading to the first control valve 20, to the second control valve 21 and to the third control valve 22. These 3 control valves 20, 21, 22 are designed as solenoid valves and communicate with the electronic pulse generator 23 via electrical lines.

Von dem ersten Steuerventil 20 führt die zweite Steuergasleitung 24 zu jenen Adsorberventilen in den beiden Ventilblöcken 4,5, die den Adsorptionsprozeß in dem dritten Adsorber ermöglichen. Die zweite Steuergasleitung 24 verbindet somit das erste Steuerventil 20 mit dem im unteren Ventilblock 5 in der sechsten Adsorbergasleitung 11 in der oberen Ebene angeordneten Adsorberventil, das mit der Luftzuführungsleitung 15 in Verbindung steht, mit dem im unteren Ventilblock 5 in der fünften Adsorbergasleitung 10 in der unteren Ebene angeordneten Adsorberventil, das mit der Restgasleitung 16 in Verbindung steht, mit dem im oberen Ventilblock 4 in der zweiten Adsorbergasleitung 7 in der unteren Ebene angeordneten Adsorberventil, das mit der Spülgasleitung 14 in Verbindung steht, mit dem im oberen Ventilblock 4 in der dritten Adsorbergasleitung 9 in der mittleren Ebene angeordneten Adsorberventil, das mit der Sauerstoffleitung 12 in Verbindung steht, und schließlich mit dem im oberen Ventilblock 4 in der ersten Adsorbergasleitung β in der oberen Ebene angeordneten Adsorberventil, das mit der Bespannungsgasleitung 13 verbunden ist. Das erste Steuerventil 20 ist daher mit 5 Adsorberventilen verbunden, die in den beiden Ventilblöcken 4,5 angeordnet sind. Diese 5 Adsorberventile sind in der Zeichnung mit einem Kreuz in einem Kreis versehen. Von dem ersten Steuerventil 20 wird mit Hilfe der genahnten Adsorberventile der erste Arbeitstakt gesteuert, welcher den Adsorptionsprozeß im dritten Adsorber 3, den Spülprozeß im zweiten Adsorber 2 und den Bespannungsvorgang im ersten Adsorber 1 beinhaltet.From the first control valve 20, the second control gas line 24 leads to those adsorber valves in the two valve blocks 4, 5 which allow the adsorption process in the third adsorber. The second control gas line 24 thus connects the first control valve 20 with the adsorber valve arranged in the lower valve block 5 in the sixth adsorber gas line 11 in the upper level, which communicates with the air supply line 15, with the one in the lower valve block 5 in the fifth adsorber gas line 10 in FIG arranged lower level adsorber, which is in communication with the residual gas line 16, with the disposed in the upper valve block 4 in the second Adsorbergasleitung 7 in the lower level adsorber, which is in communication with the purge gas 14, with the upper valve block 4 in the third Adsorbergasleitung 9 arranged in the middle level adsorber valve, which is in communication with the oxygen line 12, and finally with the arranged in the upper valve block 4 in the first adsorber gas line β in the upper level adsorber valve which is connected to the Bespannungsgasleitung 13. The first control valve 20 is therefore connected to 5 Adsorberventilen, which are arranged in the two valve blocks 4,5. These 5 Adsorberventile are provided in the drawing with a cross in a circle. From the first control valve 20, the first working stroke is controlled with the aid of the aspirated adsorber valves, which includes the adsorption process in the third adsorber 3, the rinsing process in the second adsorber 2 and the clothing process in the first adsorber 1.

Das zweite Steuerventil 21 ist über die dritte Steuergasleitung 25 mit jenen 5 Adsorberventilen in den beiden Ventilblöcken 4,5 verbunden, die den zweiten Arbeitstakt und damit den Adsorptionsprozeß im ersten Adsorber 1, den Bespannungsvorgang im zweiten Adsorber 2 und den Spülprozeß im dritten Adsorber 3 ermöglichen. Die dritte Steuergasleitung 25 führt somit von dem zweiten Steuerventil 21 zu dem im unteren Ventilblock 5 in der vierten Adsorbergasleitung 9 in der oberen Ebene angeordneten Adsorberventil, das mit der Luftzuführungsleitung 15 in Verbindung steht, zu dem im unteren Ventilblock 5 in der sechsten Adsorbergasleitung 11 in der unteren Ebene angeordneten Adsorberventil, das mit der Restgasleitung 16 in Verbindung steht, zu dem in dem oberen Ventilblock4 in der dritten Adsorbergasleitung 8 in der unteren Ebene angeordneten Adsorberventil, das mit der Spülgasleitung 14 in Verbindung steht, zu dem im oberen Ventilblock 4 in der ersten Adsorbergasleitung 6 in der mittleren Ebene angeordneten Adsorberventil, das mit der Sauerstoffleitung 12 in Verbindung steht, und schließlich zu dem im oberen Ventilblock 4 in der zweiten Adsorbergasleitung 7 in der oberen Ebene angeordneten Adsorberventil, das mit der Bespannungsgasleitung 13 verbunden ist. Diese Adsorberventile sind in der Zeichnung mit einem Punkt im Kreis versehen. Das dritte Steuerventil 22 ist über die vierte Steuergasleitung 26 mit den Adsorberventilen in den beiden Ventilblöcken 4,5 verbunden, die den dritten Arbeitstakt und damit den Adsorptionsprozeß in dem zweiten Adsorber 2, den Bespannungsvorgang im dritten Adsorber 3 und den Spülprozeß im ersten Adsorber 1 gestatten. Dies sind die restlichen fünf bisher noch nicht aufgeführten Adsorberventile. Sie sind in der Zeichnng mit einem waagerechten Strich im Kreis versehen. Die 3 Steuerventile 20, 21,22 sind als Dreiwegeventile ausgebildet. Dabei dient ein Weg zum Entlüften der Steuergasleitungen 24,25,26 in den Fällen, in denen die Steuerventile 20,21,22 geschlossen sind. Die beim Entlüften der Steuergasleitungen 24, 25, 26 entweichende Luft wird zum Kühlen der 3 Steuerventile 20,21,22 benutzt.The second control valve 21 is connected via the third control gas line 25 with those 5 Adsorberventilen in the two valve blocks 4,5, which allow the second stroke and thus the adsorption process in the first adsorber 1, the stringing process in the second adsorber 2 and the rinsing process in the third adsorber 3 , The third control gas line 25 thus leads from the second control valve 21 to the arranged in the lower valve block 5 in the fourth Adsorbergasleitung 9 in the upper level adsorber, which is in communication with the air supply line 15 to the lower valve block 5 in the sixth Adsorbergasleitung 11 in the lower level adsorber valve, which communicates with the residual gas line 16, to the arranged in the upper valve block 4 in the third adsorber 8 in the lower level adsorber valve, which is in communication with the purge gas 14, to the upper valve block 4 in the first adsorber gas line 6 arranged in the middle level adsorber valve, which is in communication with the oxygen line 12, and finally to the arranged in the upper valve block 4 in the second adsorber gas line 7 in the upper level adsorber valve which is connected to the Bespannungsgasleitung 13. These adsorber valves are provided in the drawing with a dot in a circle. The third control valve 22 is connected via the fourth control gas line 26 with the adsorber valves in the two valve blocks 4.5, which allow the third power stroke and thus the adsorption process in the second adsorber 2, the clothing process in the third adsorber 3 and the rinsing process in the first adsorber 1 , These are the remaining five adsorber valves not yet listed. They are marked in the drawing with a horizontal line in a circle. The 3 control valves 20, 21, 22 are designed as three-way valves. In this case, a way to vent the control gas lines 24,25,26 in cases where the control valves 20,21,22 are closed. The escaping during venting of the control gas lines 24, 25, 26 air is used for cooling the 3 control valves 20,21,22.

Jedes der 3 Steuerventile 20,21,22 wirkt gleichzeitig auf 5 Adsorberventile. En solches Steuerventil 20,21,22 wirkt daher auf die 5 Adsorberventile als gemeinsames Steuerventil.Each of the 3 control valves 20, 21, 22 simultaneously acts on 5 adsorber valves. Such a control valve 20,21,22 therefore acts on the 5 Adsorberventile as a common control valve.

Beim Öffnen der Steuerventile 20,21,22 strömt Steuerluft zu den entsprechenden Adsorberventilen und schließt diese. Um ein sicheres Öffnen und Schließen der 3 mit der Luftzuführungsleitung 15 in Verbindung stehenden im unteren Ventilblock 5 angeordneten Adsorberventile beim Anfahren der Druckwechseladsorptionsanlage zu gewährleisten, sind diese Adsorberventile mit einem Druckverstärker versehen. Diese Druckverstärker bestehen aus einer zweiten Membran, die im Abstand zu der an der Durchtrittsöffnung des Adsorberventils befindlichen Membran angeordnet ist, und aus einem beweglichen Druckelement, das zwischen den beiden Membranen vorgesehen ist. Die durch Steuergas beaufschlagte Fläche der zweiten Membran ist größer als die Fläche der Durchtrittsöffnung des Adsorberventils. Das Druckelement überträgt den auf die zweite Membran ausgeübten Druck auf die an der Durchtrittsöffnung angeordnete Membran. Auf diese Weise reicht beim Anfahren der Anlage bereits ein geringerer Druck zum Schließen der entsprechenden Adsorberventile aus. Der Druckminderer 17 verringert den Druck der zugeführten Luft von 0,5 MPa auf 0,44 MPa. Mit diesem Druck wird die Luft in der Luftzuführungsleitung 15 in den unteren Ventilblocks geführt. Der Druck des Steuergases (Luft) in den Steuergasleitungen 18, 24,25,26 beträgt 0,5 MPa. Beim Betrieb der Druckwechseladsorptionsanlage erfolgt als erster Arbeitstakt der Adsorptionsprozeß in dem dritten Adsorber 3, der Bespannungsvorgang im ersten Adsorber 1 und der Spulprozeß in dem zweiten Adsorber 2. Hierzu gibt der Impulsgeber 23 mit dem ersten Steuerventil 20 einen elektrischen Impuls, wodurch sich dieses schließt. Dadurch wrid der aus der Luftzuführungsleitung 15 und danach aus der ersten Steuergasleitung 18 kommende Steuergasstrom in der zweiten Steuergasleitung 24 unterbrochen. Durch das Schließen des ersten Steuerventils 20 wird die zweite Steuergasleitung 24 drucklos. Dadurch öffnen in den beiden Ventilblöcken 4, 5 die 5 mit der zweiten Steuergasleitung 24 in Verbindung stehenden Adsorberventile. Aus der Luftzuführungsleitung 15 strömt nun Luft durch die sechste Adsorbergasleitung in den dritten Adsorber3 und unterliegt dort dem Adsorptionsprozeß. An dem oberen Teil des dritten Adsorbers 3 verläßt diesen Sauerstoff mit einer Konzentration von 90 Vol.-% durch die dritte Adsorbergasleitung 8. Er tritt in den oberen Ventilblock 4 und dort durch das mit der Sauerstoffleitung 12 in Verbindung stehende geöffnete Adsorberventil durch die Sauerstoffleitung 12 in den Sauerstofftank 29, wo er unter einem Druck von 0,4 bis 0,42 MPa gespeichert und danach in dem gewünschten Maß abgegeben wird.When opening the control valves 20,21,22 control air flows to the corresponding adsorber valves and closes them. In order to ensure a safe opening and closing of the 3 with the air supply line 15 in connection arranged in the lower valve block 5 adsorber valves when starting the pressure swing adsorption, these adsorber valves are provided with a pressure booster. These pressure intensifiers consist of a second membrane, which is arranged at a distance from the diaphragm located at the passage opening of the adsorber valve, and a movable pressure element, which is provided between the two diaphragms. The acted upon by control gas surface of the second membrane is larger than the area of the passage opening of the adsorber valve. The pressure element transmits the pressure exerted on the second diaphragm to the diaphragm arranged at the passage opening. In this way, when the system starts up, a lower pressure is sufficient to close the corresponding adsorber valves. The pressure reducer 17 reduces the pressure of the supplied air from 0.5 MPa to 0.44 MPa. With this pressure, the air in the air supply line 15 is guided in the lower valve block. The pressure of the control gas (air) in the control gas lines 18, 24, 25, 26 is 0.5 MPa. When operating the pressure swing adsorption is carried out as a first cycle of the adsorption process in the third adsorber 3, the stringing process in the first adsorber 1 and the winding process in the second adsorber 2. For this purpose, the pulse generator 23 with the first control valve 20, an electrical pulse, which closes this. As a result, the control gas stream coming from the air supply line 15 and then out of the first control gas line 18 is interrupted in the second control gas line 24. By closing the first control valve 20, the second control gas line 24 is depressurized. As a result, open in the two valve blocks 4, 5, the 5 with the second control gas line 24 in connection adsorber valves. From the air supply line 15 now air flows through the sixth Adsorbergasleitung in the third Adsorber3 and is subject to the adsorption process there. At the upper part of the third adsorber 3, this oxygen leaves the third adsorber gas line 8 at a concentration of 90% by volume. It passes through the oxygen line 12 into the upper valve block 4 and there through the open adsorber valve connected to the oxygen line 12 in the oxygen tank 29, where it is stored under a pressure of 0.4 to 0.42 MPa and then discharged to the desired extent.

Ein Teil des Sauerstoffes wird durch die Spülgasleitung 14 in den oberen Ventilblock 4 zurückgeführt. Er tritt durch das in der zweiten Adsorbergasleitung 7 befindliche geöffnete Adsorberventil über die zweite Adsorbergasleitung 7 von oben her in den zweiten Adsorber 2, spült dort das Adsorptionsmittel und verläßt diesen Adsorber an dessen unterem Teil durch die fünfte Adsorbergasleitung 10. Der nun verunreinigte Sauerstoff (Spülgas) tritt in dem unteren Ventilblock 5 durch das mit der Restgasleitung 16 in Verbindung stehende geöffnete Adsorberventil und verläßt durch die Restgasleitung 16 die Anlage.A portion of the oxygen is returned through the purge gas line 14 into the upper valve block 4. He enters through the second Adsorbergasleitung located in the second Adsorbergasleitung 7 adsorber over the second Adsorbergasleitung 7 from above into the second adsorber 2, there flushes the adsorbent and leaves this adsorber at the lower part of the fifth Adsorbergasleitung 10. The now contaminated oxygen (purge gas ) enters the lower valve block 5 through the open adsorber valve connected to the residual gas line 16 and leaves the system through the residual gas line 16.

Ein anderer Teil des gewonnenen Sauerstoffes tritt aus der Sauerstoffleitung 12 durch die Bespannungsgasleitung 13 zurück in den oberen Ventilblock 4 und danach durch das mit ihr in Verbindung stehende geöffnete Adsorberventil in die erste Adsorbergasleitung 6. Nachfolgend tritt der Sauerstoff in den ersten Adsorber 1. Da indem unteren Ventilblock 5 die in der vierten Adsorbergasleitung 9 angeordneten Adsorberventile geschlossen sind, verbleibt der Sauerstoff während des ersten Arbeitstaktes in dem ersten Adsorber 1, wobei sich bis zum Ende des ersten Arbeitstaktes der Druck in diesem Adsorber auf 0,44MPa erhöht. Dieser Bespannungsvorgang kann auch durch ein außerhalb des oberen Ventilblockes 4 in der Bespannungsleitung 13 angeordnetes, separat angesteuertes Ventil zeitlich begrenzt werden. Aber auch in diesem Fall bleibt die gemeinsame Ansteuerung von 5 Adsorberventilen in den beiden Ventilblocken 4,5 erhalten.Another portion of the recovered oxygen exits the oxygen line 12 through the string gas line 13 back into the upper valve block 4 and thereafter into the first adsorber gas line 6 through the open adsorber valve 6 associated therewith. Subsequently, the oxygen enters the first adsorber 1 lower valve block 5 which are arranged in the fourth Adsorbergasleitung 9 adsorber valves are closed, the oxygen remains during the first cycle in the first adsorber 1, which increases by the end of the first cycle of the pressure in this adsorber to 0.44MPa. This clothing process can also be limited in time by a separately controlled valve arranged outside the upper valve block 4 in the clothing line 13. But even in this case, the common control of 5 adsorber valves in the two valve blocks 4,5 is maintained.

Während des ersten Arbeitstaktes sind die beiden anderen Steuerventile 21,22 geöffnet. Dadurch sind die mit diesen Steuerventilen 21,22 verbundenen 10 Adsorberventile geschlossen.During the first power stroke, the two other control valves 21,22 are open. As a result, the 10 adsorber valves connected to these control valves 21, 22 are closed.

Der erste Arbeitstakt wird durch einen entsprechenden Impuls des Impulsgebers 23 beendet. Daraufhin öffnet das erste Steuerventil 20, wodurch auch die mit ihm verbundenen 5 Adsorberventile schließen, da in die zweite Steuergasleitung 24 Steuergas strömt.The first power stroke is terminated by a corresponding pulse of the pulse generator 23. Thereupon, the first control valve 20 opens, which also close the 5 adsorber valves connected to it, since control gas flows into the second control gas line 24.

Nach einem Druckausgleich zwischen dem dritten Adsorber 3 und dem zweiten Adsorber 2 veranlaßt der Impulsgeber 23 ein Schließen des zweiten Steuerventiles 21. Damit beginnt der zweite Arbeitstakt. Das Schließen des zweiten Steuerventiles 21 bewirkt ein Entweichen des Steuergases aus der dritten Steuergasleitung 25 und damit ein Öffnen der mit ihr verbundenen 5 Adsorberventile in den beiden Ventilblöcken 4,5. In dem ersten Adsorber 1 erfolgt nun der Adsorptionsprozeß, im zweiten Adsorber 2 findet der Bespannungsvorgang statt und der dritte Adsorber 3 wird nach seiner Entlüftung gespült. Der Impulsgeber 23 veranlaßt schließlich durch.einen entsprechenden Impuls ein Öffnen des zweiten Steuerventiles 21 und beendet damit den zweiten Arbeitstakt.After a pressure equalization between the third adsorber 3 and the second adsorber 2, the pulse generator 23 causes a closing of the second control valve 21. Thus, the second power stroke begins. The closing of the second control valve 21 causes an escape of the control gas from the third control gas line 25 and thus an opening of the associated with her 5 Adsorberventile in the two valve blocks 4,5. The adsorption process now takes place in the first adsorber 1, the stringing process takes place in the second adsorber 2 and the third adsorber 3 is rinsed after it has been vented. The pulse generator 23 finally causes .A corresponding pulse opening of the second control valve 21 and thus terminates the second power stroke.

Während des zweiten Arbeitstaktes sind das erste Steuerventil 20 und das dritte Steuerventil 22 geöffnet. Dadurch sind die mit diesen beiden Steuerventilen 20, 22 verbundenen 10 Adsorberventile geschlossen.During the second power stroke, the first control valve 20 and the third control valve 22 are open. As a result, the 10 adsorber valves connected to these two control valves 20, 22 are closed.

Nach dem Druckausgleich zwischen dem ersten Adsorber 1 und dem dritten Adsorber 3 verursacht der Impulsgeber 23 das Schließen des dritten Steuerventiles 22 und damit das Öffnen der mit ihm über die vierte Steuergasleitung 26 in Verbindung stehenden 5 Adsorberventile in den beiden Ventilblöcken 4,5, wodurch der dritte Arbeitstakt ausgelöst wird. Dabei erfolgt der Adsorptionsprozeß in dem zweiten Adsorber 2, der Bespannungsvorgang in dem dritten Adsorber 3 und der Spülprozeß in dem ersten Adsorber 1. Das von dem Impulsgeber 23 ausgelöste Öffnen des dritten Steuerventiles 22 und das damit in Verbindung stehende Schließen der 5 mit ihm verbundenen Adsorberventile beendet den dritten Arbeitstakt. Nach einem Druckausgleich zwischen dem zweiten Adsorber 2 und dem ersten Adsorber 1 steht die Druckwechseladsorptionsanlage in einem neuen Arbeitszyklus nun wieder für einen weiteren ersten Arbeitstakt zur Verfügung.After the pressure equalization between the first adsorber 1 and the third adsorber 3, the pulse generator 23 causes the closing of the third control valve 22 and thus the opening of him with the fourth control gas line 26 related 5 Adsorberventile in the two valve blocks 4,5, whereby the third power stroke is triggered. In this case, the adsorption process in the second adsorber 2, the stringing process in the third adsorber 3 and the rinsing process in the first adsorber 1. The triggered by the encoder 23 opening of the third control valve 22 and the associated closing of the 5 associated with him adsorber valves ends the third work cycle. After a pressure equalization between the second adsorber 2 and the first adsorber 1, the pressure swing adsorption plant is now available again for a further first power stroke in a new work cycle.

Der Druckausgleich zwischen den Adsorbern 1,2,3 erfolgt dabei jeweils mit Hilfe der im oberen Ventilblock 4 zusätzlich angeordneten Druckausgleichsventile. Alle in den beiden Ventilblocken 4,5 befindlichten 15 Adsorberventile öffnen und schließen während eines Arbeitszyklus auf die beschriebene Weise nur einmal.The pressure equalization between the adsorbers 1,2,3 takes place in each case with the help of the additionally arranged in the upper valve block 4 pressure compensation valves. All 15 adsorber valves located in the two valve blocks 4, 5 open and close only once during a work cycle in the manner described.

In der beschriebenen Anlage werden stündlich den 3 Adsorbern 11,5 m³ Luft zugeführt; pro Stunde werden der Anlage 1,05 m³ Sauerstoff, dessen Druck 0,4 bis 0,42MPa beträgt, mit einer Reinheit von 90Vol.-% entnommen.In the plant described, the 3 adsorbers are fed hourly 11.5 m ^{3 of} air; 1.05 m ^{3 of} oxygen, the pressure of which is 0.4 to 0.42 MPa, are taken off per hour with a purity of 90% by volume.

Claims

1. An apparatus for controlling the gas flows in a pressure swing adsorption, which consists of an adsorber, the adsorber via Adsorbergasleitungen with valve blocks are in communication, the adsorber in the valve blocks have multiple adsorber valves and each adsorber with a gas line for a in the valve block or from the valve block flowing gas is connected, characterized in that the adsorber is assigned in each case on the side of the gas inlet and gas outlet a common valve block (4,5) and the effective at a power stroke, in two valve blocks (4,5) arranged adsorber valves via a control gas line ( 24, 25, 26) communicate with a common control valve (20, 21, 22).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that all effective at a power stroke adsorber valves only with a common control valve (20,21,22) are in communication.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that at a power stroke and the purging and / or covering an adsorber (1,2,3) effective adsorber valves with the common control valve (20,21, 22) are in communication.

4. Apparatus according to claim 1 to 3, characterized in that the number of control valves (20,21,22) corresponds to the number of adsorbers (1,2,3).