DK150703B - Apparat til formindskelse af koncentrationen af en foerste gasart i en blanding heraf med en anden gasart - Google Patents

Description

15070 i

O

Den foreliggende opfindelse angår et apparat til formindskelse af koncentrationen af en første gasart i en blanding heraf med en anden gasart til under en begrænsende maksimumskoncentration heraf i den anden gasart, og med et 5 par beholdere, et kammer i hver beholder til et lag af partikelf ormigt, letsmuldrende adsorptionsmiddel med en fortrinsvis affinitet til den første gasart, en indstrømningsledning til levering af indstrømningsgas til hvert adsorptionsmiddelkammer, en indstrømningsstyreventil i indstrømningsled-10 ningen til at dirigere indstrømningsgassen til det ene af kamrene, som er i drift til adsorption, en udstrømningsledning til levering af udstrømningsgas fra hvert adsorptionsmiddelkammer, og en udstrømningsstyreventil i form af en frit rullende kugleventil i udstrømningsledningen til dirigering 15 af udstrømningsgassen fra det kammer, der er i drift til adsorption, hvilken udstrømningsventil omfatter et ventilhus, et ventilkammer i huset med separate tilgangsorganer, ét fra udstrømningsledningen fra hvert adsorptionsmiddelkammer, et ventilsæde tværs over hver tilgang og en fritrullende kugle-20 ventil lejret imod ventilsæderne, og som reagerer på udstrømningstrykket ved hver tilgang i forhold til afgangstrykket til flytning af kuglen bort fra ventilsædet ind i ventilkammeret og til at åbne den tilgang, der fører fra adsorptionsmiddelkammeret, der er i drift, og til at dirigere kuglen 25 til lejring på ventilsædet tværs over den anden tilgang, der fører til det adsorptionsmiddelkammer, der er ude af drift til adsorption, og lukke denne tilgang og derved forhindre strømning af udstrømningsgas gennem denne tilgang ind i det ude af drift værende kammer.

30 Adsorptionsgasfraktioneringsapparater og specielt tørremiddeltørreapparater har været markedsført i mange år og er i vidt omfang anvendt over hele verdenen. Den sædvanlige type har to adsorptionsmiddellag, af hvilke det ene regenereres, mens det andet befinder sig i adsorptionscyklen. Gassen, 35 som skal fraktioneres, ledes gennem det ene adsorptionsmiddellag i en retning i adsorptionscyklen, og derpå efter et 150703 2

O

forud fastlagt tidsinterval, når adsorptionsmidlet kan forventes at have adsorberet så meget af den gas, som adsorbe-res, at der er risiko for at det krævede lave niveau hos udstrømningsgassen ikke kan tilfredsstilles, omskiftes til-5 strømningsgassen til det andet lag, og det brugte lag regne-reres ved opvarmning og/eller ved evakuering og/eller ved at lede en renseudstrømningsgas derigennem, sædvanligvis imod strømningsretningen.

De gasfraktioneringsapparater, der er på markedet, 10 er af to hovedtyper, nemlig en varmereaktiverbar type, i hvilken der tilføres varme for at regenerere det brugte adsorptionsmiddel ved afslutningen af adsorptionscyklen, og en uopvarmet type, i hvilken der ikke tilføres varme til - regenerering af det brugte adsorptionsmiddel ved afslutnin-15 gen af adsorptionscyklen, men som er baseret på anvendelsen af en rensestrøm af udstrømningsgas fra laget, som er i adsorptionscyklen, hvilken strøm ledes gennem det brugte lag under et lavere tryk. i en hurtig cyklus for at bevare adsorptionsvarmen til hjælp ved regenereringen af det brugte 20 lag. Anvendelsen af en rensegas til regenerering ved et lavere tryk end ledningstrykket for den gas, som tørres, er imidlertid ikke begrænset til uopvarmede typer, men blev brugt i varmereaktiverede adsorptionsapparater i mange år før fremkomsten af den uopvarmede type.

25 Begge typer arbejder med faste tidscykler for fraktio- nerering og regenerering, sædvanligvis af samme varighed, idet længden af cyklerne er fastlagt svarende til rumfanget af adsorptionsmiddel, som står til rådighed, og mængden af gas, som skal adsorberes. Tidsrummet for en cyklus er ufravige-30 lig fastlagt ved et langt mindre tidsrum, end der ville kunne tillades, med henblik på at sikre at udstrømningsgassen altid tilfredsstiller systemkravene. Efterhånden som adsorptionscyklen skrider frem, bliver adsorptionsmiddellaget progressivt mere og mere mættet fra tilgangsenden i retning 35 mod afgangsenden og mindre og mindre i stand til at adsorbere den første gasart, som ledes gennem det med en strømningsgas.

3 15070

O

Fjernelsen af den første gasart fra strømningshastighed og hastigheden af den første gasarts adsorption og indholdet af den første gasart i adsorptionsmidlet såvel som temperaturen og trykket af gassen inde i laget. Adsorptionsmidlets 5 adsorptionshastighed kan aftage, efterhånden som adsorptionsmidlet bliver belagt.

Når adsorptionsmiddellaget regenereres, reduceres trykket i laget, undertiden betydelig, afhængigt af ledningstrykket for den gasstrøm, som fraktioneres. Undertiden 10 er det endog hensigtsmæssigt at pålægge et vakuum på laget for at forøge fjernelsen af den adsorberede gasart fra laget under regenereringen. Eftersom ledningstrykket næsten uvægerligt ligger over atmosfæretrykket, er det sædvanligt at tillade trykket i laget at vende tilbage til ledningstrykket 15 på et sent trin af regenerationsdelen af cyklen. Når regenerationen er fuldført, er laget (som igen er blevet sat under tryk) herpå parat til at blive taget i brug til en anden adsorptionscyklus .

Adsorptionsmiddellag er normalt fremstillet af et 20 partike1formigt, letsmuldrende materiale, som er underkastet en hel del nedslidning under strømningen af gas derigennem. Eftersom en rensestrømning normalt er i modstrøm med adsorptionsstrømmen, betyder det, at gasstrømmen gennem kammeret reverseres under regenerationscyklus, og med ændringen af 25 retningen for gasstrømmen og ændringen af trykket mellem cyklerne har det partikelformige materiale en tilbøjelighed til at blive formindsket i partikelstørrelse, og de fine partikler, som frigøres, føres i strømningsretning med udstrømningsgassen fra laget og danner et lag af støv på dele og 30 vægge ved afgangssiden.

Ud over at være letsmuldrende er adsorptionsmiddelmaterialer også ofte hårde og slibende. Aluminiumoxyl er et eksempel. Resultatet er, at fine partikler, som medføres i udstrømningsgassen og føres med strømmen som støv, kan træn-35 ge ind i og forstyrre de ventiler, som styrer ikke blot strømmen af udstrømningsgas fra de to kamre men også strøm- 4 150703

O

men af indstrømningsgas til de to kamre som følge af den modstrømmende rensestrøm, når en sådan anvendes. Resultatet er betydeligt slid og ødelæggelse på ventildele, som kan have en temmelig kort levetid, især når der anvendes sli-5 bende materialer såsom aluminiumoxid som tørremiddel.

De fine partikler af adsorptionsmiddellaget, som føres med strømmen, kan føre til spærring af ventildelene med det resultat, at ventilerne ikke kan lukke helt eller ikke kan åbne helt med ufordelagtig virkning på omstillingen 10 af gasstrømmen gennem adsorptionsmiddellagene. Dette problem er opstået ved mange arter ventiler, som tidligere har været anvendt i adsorptionsgasfraktioneringsapparater. Ved adsorptionsgasfraktioneringsapparater kan strømningsventilerne for indstrømmende og udstrømmende gas være af firevejsty-15 pen, idet den, når der er tale om indstrømningsventilen, forbinder indstrømningsledningen med et af de to adsorptionsmiddellag og ligeledes forbinder gasudluftningsledningen til udluftning til atmosfæren af regenerationsrensestrømmen fra det lag, som ikke er i drift til adsorption men gennemstrøm-20 mes med henblik på regeneration. Ventilen forbinder således altid et af kamrene med gasudluftningsledningen og et med indstrømningsgasledningen og er altid åben for modtagelse af fine partikler. På lignende måde forbinder udstrømningsgas s tyre ventilen afgangsledningen med ledningen for udstrøm-25 ningsgas fra det adsorptionsmiddellag, som er i drift, og er altid åben mod udstrømningsledningen fra det kammer, som er i drift, såvel som mod den ledning, der leder til det andet kammer, som regenereres, for en lille rensestrøm, der er udtaget fra udstrømningsgassen med henblik på regenera-30 tion.

Hvis der anvendes fire tovejsventiler i stedet for to firevejsventiler, vil ventilerne, der bruges som rense-gasudstrømningsventiler, modtage fine partikler.

Sådanne strømningskontrolventiler har været af skive-35 ventiltypen, den roterende cylinderventiltype, spindel- ventiltypen og firevejsstempel- og cylinderventiltypen med

O

5 15070 frem- og tilbagebevægelige stempel- eller cylinderventil-elementer. Alle disse ventiler har ventilelementer og tilknyttede bevægelige dele, som følger en fast bane eller et spor med en snæver tolerance mellem de bevægelige dele for 5 at sikre tætning af ventilen, når den er lukket. Sådanne ventiler, især ventiler af stempel- og cylindertypen, er udsat for blokering af fine, slibende partikler eller støv, som samler sig i de snævre tolerancer og er for hårde og slibende til at kunne knuses og bevæges af vejen.

10 Fra USA patentskrift nr. 3.768.500 kendes en vælger ventil til brug som indstrømningsstyreventil i et adsorptions-middeltørreapparat til tørring af en komprimeret gasart, og som er udformet som en kugleventil. Denne ventil er imidlertid indskudt i strømningsbanen før adsorptionsmiddellagene 15 og bliver derfor ikke udsat for fine partikler fra disse.

Der er dog i patentskriftet skematisk antydet en kugleventil som udstrømningsventil, men dennes opbygning og funktion er ikke nærmere beskrevet.

Også i USA patentskrift nr. 3.659.399 er skematisk 20 antydet en kugleventil som udstrømningsventil i udstrømningsledningen fra et par adsorptionsmiddelkamre, men heller ikke denne ventil er nærmere forklaret.

^1 de i nævnte patentskrifter omhandlede apparater udtages rensegasstrømmen til regenerering af det ude af drift 25 værende adsorptionsmiddellag via en bypassledning, som forbinder udstrømningsledningerne fra de to kamre.

Formålet for den foreliggende opfindelse er at tilvejebringe et apparat af den indledningsvis nævnte art med en udstrømningsventil i form af en fritrullende kugle-30 ventil, hvor de nævnte problemer med tilstopning og slid af ventildelene på grund af medførte partikler i udstrømningsgassen er undgået, hvilken udstrømningsventil tillige tillader udtagning af en rensegasstrøm til regenerering af det ude af drift værende adsorptionsmiddellag.-35 Dette opnås ifølge opfindelsen ved, at tilgangsor ganerne består af to tilgange og to i det væsentlige lodret β 150703 ο Ο orienterede tilgangskanaler, som fører ind i kammeret, idet ventilsæderne er i det væsentlige vandret orienteret, således at den fritrullende kugleventil ved omstilling af indstrømningsstyreventilen flyttes i retning opad bort fra 5 det ene ventilsæde ind i ventilkammeret og ned på det andet ventilsæde, og at en udtagningsledning eller -strømningskanal i huset til en udstrømmende rensegasstrøm fører forbi den lukkede tilgang og forbinder mindst ét af ventilkamrene og de i det væsentlige lodret orienterede tilgangskanaler 10 med en af udstrømningsledningerne med henblik på omvendt rensestrømning af udstrømningsgas fra tilgangskanalen med en ændring af strømningsretning fra retningen af strømning i tilgangskanalen og derpå gennem udstrømningsledningen ind i det adsorptionsmiddelkammer, som er ude af drift til adsorp-15 tion men i drift til regeneration, for at regenerere adsorptionsmiddellaget med denne rensestrøm.

Den vandrette orientering af ventilsæderne og den lodrette orientering af tilgangskanaleme betyder, at fine partikler, der måtte have lejret sig på ventilsædet og ven- 20 tilkuglen, blæses bort af gasstrømmen, der strømmer ind i ventilkammeret, hver gang kuglen flyttes fra den ene til den anden stilling. Den omstændighed, at rensegassen ændrer strømningsretning, når den strømmer fra tilgangskanalen gennem udtagningskanalen eller -ledningen bevirker, at med-25 førte fine partikler på grund af inertien føres forbi denne kanal eller ledning og derfor ikke aflejres i og tilstopper denne.

Yderligere udførelsesformer for og træk hos appara- tet ifølge opfindelsen er angivet i de uselvstændige krav.

30

Opfindelsen skal i det følgende beskrives nærmere, idet der henvises til tegningen, på hvilken 35

O

7 15070 fig. 1 viser et længdesnit gennem en udførelsesform for en strømningsstyreventil ifølge opfindelsen omfattende en udtagningslinie for en rensestrøm, som er ført forbi ventilen i hver af dens to lukkede stillinger, 5 fig. 2 et tværsnit af den i fig. 1 viste ventil langs linien 2-2 i fig. 1, fig. 3 et længdesnit gennem en anden udførelsesform for en strømningsstyreventil ifølge opfindelsen, i hvilken udtagningsledningen forbinder tilgangene, som fører fra hvert 10 af de to adsorptionsmiddelkamre, fig. 4 et tværsnit langs linie 4-4 i fig. 3, fig. 5 et længdesnit gennem en tredje udførelsesforra for en strømningsstyreventil ifølge opfindelsen, der udnytter en bypass udtagningsledning som den i fig. 3 viste med en deri 15 anbragt nåleventil til styring af strømningen gennem udtagningsledningen , fig. 6 et tværsnit langs linien 6-6 i fig. 5, fig. 7 en skematisk gengivelse af et varmeaktiverbart tørremiddel-tørreapparat med to lag ifølge opfindelsen, der 2o udnytter den i fig. 1 og 2 viste strømningsstyreventil, fig. 8 en skematisk gengivelse af et uopvarmet tørremi ddeltørreapparat med to lag ifølge opfindelsen, som udnytter den i fig. 3 og 4 viste strømningsstyreventil, og fig. 9 en skematisk gengivelse af et uopvarmet tørre-25 middeltørreapparat med to lag ifølge opfindelsen, som udnytter den i fig. 5 og 6 viste strømningsstyreventil.

Den i fig. 1 og 2 viste ventil med frit rullende kugle anvendes orienteret vandret som vist og har et hus 1 fremstillet af støbt aluminium med tilgangsåbninger 2, 3 og en af-30 gangsåbning 4. Åbningerne 2, 3 er i strømningsforbindelse med et ventilkammer 5 via strømningskanaler 6, 7, som er anbragt under en vinkel på 90° med strømningsretningen gennem tilgangene, således at de retter en udstrømmende gasstrømning fra åbningerne 2, 3 i retning opad ind i ventilkammeret. Oriente-35 ringen af ventilen er kritisk og bør være som vist på tegningen af grunde, som vil fremgå af det følgende.

8 150703

O

Bunden af huset X har en åbning 8, der står i forbindelse med en snæver udtagningsledning eller -kanal 9, som strækker sig ind i kammeret 5. Åbningen kan forbindes med en renseindstillingsventil, der fører til rensekontraventiler 5 og adsorptionsmiddelkamre, og kombinationen tjener som en trykreducerende udtagningsstrømkanal med henblik på at lede en omvendt rensestrøm med formindsket tryk til det adsorptionsmiddellag, der ikke er i brug, og som regenereres.

Det bevægelige ventilelement er en frit rullende 10 kugle 10 fremstillet af gummi, plast eller et andet egnet materiale. Kuglen modsætter sig at blive fjernet fra sædet undtagen ved differensfluidumtryk over kuglen, som er lig med eller lidt mindre end forskellen mellem udstrømningsgastrykket ved tilgangsåbningen og afgangstrykket i ventilkammeret 5.

) 15 Når der således ikke er nogen strømning i den ledning, over hvilken kuglen hviler, kan kuglen forblive lejret på ventilsædet 11, 12. Såsnart der starter en gasstrømning i den ledning, som er i forbindelse med denne tilgang, forøges trykket foran kuglen imidlertid og overstiger til slut den trykfor-20 skel over kuglen, ved hvilken kuglen fjernes fra sædet, hvorpå kuglen bogstaveligt talt blæses opad bort fra ventilsædet. Kuglen fortsætter derpå med at rulle på plads tværs over det andet ventilsæde, idet den aflukker den anden ledning. Den hjælpes til at tage plads på dette sæde og aflukke led-* 25 ningen for gasstrømning ind i denne ledning af det lavere tryk i ledningen og af den skrånende kontur af ventilkammer-sidevæggen 14. Den lejrede kugle forhindrer tilbagestrømning igennem denne ledning og retter strømningen fra tilgangsåbningen til afgangsåbningen i ventilkammeret 5 og dermed til 30 udstrømningsgasafgivelsesledningen for fraktioneringsapparatet.

Under driften skifter kuglen position fra den ene ledning til den anden, idet den omstilles fra den ledning, der fører strømningen, så snart strømningen'begynder. Når strømningen afskæres fra den ene ledning og begynder i en anden, 35 blæses kuglen øjeblikkeligt fra dens sæde og åbner denne ledning, såsnart som det udstrømningsledningstryk foran kuglen

O

9 15070 og derfor det differenstryk over kuglen nås, ved hvilket kuglen kan fjernes fra sæde, og kuglen aflukker derpå den anden ledning og forbliver i denne stilling, indtil strømningerne reverseres.

5 Som følge af at kuglen blæses bort fra dens sæde, blæ ses ligeledes eventuelt materiale som måtte være samlet på sædet ligeledes bort med det resultat, at hvert sæde renses ved hver flytning af kuglen og forbliver rent indtil den ændring i cyklus, hvor kuglen kan blæses tilbage til det 10 rene sæde fra den stilling, hvor den aflukker den anden ledning. Det materiale, som blæses med kuglen fra sædet, føres med udstrømningsstrømmen til afgangsledningen fra ventilkammeret, og der er ingen tilbøjelighed hos dette materiale til at falde med kuglen, når kuglen når dens nye 15 stilling. Eftersom strømningen fortsætter i den nye cyklus, kan materialet imidlertid ophobes omkring den lejrede kugle. Dette materiale forstørrer ikke lejringen af kuglen, eftersom kuglen allerede er blevet lejret, og når cyklus igen ændres, vil dette materiale blive fjernet, når kuglen er 20 blevet blæst bort fra ventilsædet. Rensningscyklus gentages således også med hver ændring af kuglens stilling.

Ved hver stilling af ventilen føres udtagningsstrømkanalen 9 forbi den lukkede ventilkanaltilgang og tilvejebringer hele tiden en rensestrøm fra ventilkammeret 5 via åbnin-25 gen 8 til det adsorptionsmiddellag, som regenereres.

Den i fig. 3 og 4 viste ventil med frit rullende kugle svarer til den i fig. 1 og 2 viste med undtagelse af, at den trykreducerende udtagningsstrømkanal 15 med faste dimensioner forbinder kanalerne 6,7 indbyrdes. Hvilken af kanaler-30 ne 6, 7, der end er aflukket af kuglen, kan den således ikke desto mindre modtage og føre tilbage udstrømningsgas i en omvendt rensestrøm, som trænger ind i den lukkede kanal 6, 7 gennem udtagningsstrømkanalen 15. Dimensionerne af udtagningsstrømkanalen vælges svarende til den ønskede strømnings-35 kapacitet, dvs. til mængden af rensestrøm ved udstrømnings-

O

10 150703 gastrykket og den forventede strømning gennem systemet. Da dimensionerne af udtagningsstrømkanalen er faste, er den egnet til et system med et begrænset område for driftstryk.

Den i fig. 5 og 6 viste ventilkonstruktion er speci-5 elt konstrueret til at tilpasse systemer, hvor rensestrømmen kan forventes at være variabel og kræve indstilling af det åbne areal af udtagningsstrømkanalen fra tid til anden.

Denne udtagningsstrømkanal er forsynet med en nåleventil 20, som bevæger sig på tværs af kanalen og formindsker kanalen, 10 idet strømningen foregår på begge sider af nåleventilen.

Som det fremgår af fig. 5 og 6 er nåleventilen 20 forsynet med enten en rundhovedet skrue eller en skrue 21 med forsænket hoved til drejning og indstilling af ventilens position ved hjælp af et værktøj. Ventilen har en gevindforsy-15 net spindel 23, som er indskruet i gevindhullet 24 i ventilhuset. Drejning af ventilen i den ene eller den anden retning skruer den således længere ind i eller ud af huset, og forøger eller formindsker således omfanget af den hindring, den frembyder mod strømningen af gas gennem udtagningsstrømkanar 20 len 15. Udtagningskanalens strømningskapacitet kan således virkningsfuldt styres indenfor et vist område ved indstilling af nåleventilen.

Disse ventiler er konstrueret til anvendelse som udstrømningsstyreventiler i adsorptionsgasfraktioneringsapparater, 25 af hvilke tre i fig. 7-9 viste udførelsesformer skal beskrives i det følgende.

Det i fig. 7 viste tørremiddeltørreapparat er konstrueret til at regenerere et brugt tørremiddellag med en opvarmet udstrømningsrensegasstrøm. Til dette formål er der til-30 vejebragt en elektrisk varmer 35, omkring hvilken en ledning 30 passerer i strømningsforbindelse med en ledning 34, som fører til bunden af hver af beholderne 31, 33 fra ventilen 19 og udtagningsstrømkanalen 9 via kontraventiler 37, 38 og ledningen 39.

35 11

1507C

o Tørreapparatet er sammensat af et par adsorptionsmiddelbeholdere 31, 33, som er anbragt lodret. Hver beholder indeholder et lag af adsorptionsmiddel 41 såsom aluminiumoxid eller silikagel. I beholderne er ligeledes tilvejebragt åb-5 ninger 42, 43 til ifyldning eller udtømning af adsorptionsmiddel i beholderne. Ved bunden af hver beholder findes en adsorptionsmiddelunderstøtning 44 fremstillet af perforeret rustfri stålplade, og ved toppen af beholderen ved udgangen derfra findes en filterskærm 45, som kan være udtagelig og ίο er fremstillet af rustfri ståltrådsvæv eller perforeret rustfri stålplade. Disse skærme tilbageholder de større adsorptionsmiddelpartikler, som ellers kunne føres ud fra beholderne, når beholderne er i drift, og holder den øvrige del af systemet ren for sådanne partikler, men de tilbageholder naturligvis 15 ikke støv og fine partikler.

Systemet omfatter en tilgangsledning 16, som fører til en firevejsventil 17, der omstilles af et aktiveringsorgan 18, som aktiveres svarende til fugtighedsindholdet af udstrømningsgassen fra den i drift værende beholder. Ventilen 17 20 dirigerer således strømmen af indstrømmende gas til en af de to tilgangsledninger 25 og 26, som fører den indstrømmende gas til bunden af hver beholder 31, 33. Firevejsventilen dirigerer ligeledes rensestrømmen fra den ude af drift værende beholder, som regenereres, til en pneumatisk eller elektrisk 25 aktiveret rensestrømudledningsventil 52.

Kontraventilerne 37, 38 sikrer indadrettet strømning til den af beholderne 31 eller 33, som regenereres. Det under drift værende lag befinder sig ved et højere tryk end trykket i ledningen foran kontraventilerne, og det ikke i brug værende 30 lag befinder sig ved et lavere tryk. Strømningen foregår således kun gennem kontraventilen til det ikke i drift værende lag.

Ved toppen af hver beholder 31, 33 findes en afgangsledning 28, 29, som begge fører til en kugleventil 19 35 med frit rullende kugle af den i fig. 1 og 2 viste art. Venti- 12 150703

O

len 17 omstilles af trykluftcylinderen 18, der bevæges frem og tilbage af trykluft styret af solenoideventilen 27 svarende til et signal, som afgives af ikke viste fugtigheds-følere. Ventilen 19 reagerer simpelthen på ændringen i strøm-5 ningen gennem beholderne 31, 33, når ventilen 17 omstilles.

Fra ventilen 19 ved afgangsåbningen 4 strækker sig udstrømningsgasledningen 13 til afgivelse af den tørrede udstrømningsgas fra tørreapparatet til det system, som forsynes dermed.

Anbragt inden i hver beholder 31, 33 ved et punkt 10 tilnærmelsesvis 15 cm før afgangsledningerne findes hvert sted en af et par fugtighedsaffølende gassonder 48, som udtager en prøve af gas i laget ved dette sted og leder den forbi vælgerventiler til en ikke vist føler med henblik på bestemmelse af fugtighedsindholdet deri som omhandlet i beskrivel-15 sen til USA-patent nr. 3.448.561. Føleren afgiver ved et forud fastlagt maksimalt fugtighedsindhold signal til solenoideventilen 27 og aktiveringsorganet 18, som omstiller ventilen 17.

Der er tilvejebragt en ikke vist tidsstyring til ak-20 tivering af ventilen 17 ved enden af et forud fastlagt tidsinterval. Føleren er imidlertid forbundet med et ikke vist elektrisk relæ, som, når føleren afføler tør luft, tillader tidsstyringen at fuldføre dens cyklus, og derpå afbryder den, før den kan aktivere ventilen 17. Aktiveringsorganet 18 25 er således ikke aktiveret, før føleren afføler fugtig luft med det forud fastlagte fugtighedsindhold, hvorpå tidsstyringen genstartes, og ventilen 17 omstilles omgående.

Virkemåden af tørreapparatet er som følger: Fugtig indstrømmende gas indføres ved ledningstryk gennem ledningen 30 16 til firevejsomstillingsventilen 17, hvor den ledes til den ene af beholderne 31 eller 33. Hvis beholderen 31 befinder sig i tørringscyklus, er firevejsomstillingsventilen 17 indstillet til at lede indstrømningsgas gennem ledningen 25 til bunden af beholderen 31. Indstrømningsgassen passerer i ret-35 ning opad gennem tørremiddelunderstøtningen 44 og gennem adsorptionsmiddellaget 41 til toppen, idet fugtighedsindholdet

O

15070 herunder adsorberes på tørremidlet, og den tørre gas ledes til og gennem afgangsledningen 28 til kugleventilen 19 med frit rullende kugle. Når trykforskellen over kuglen når den forud fastlagte grænse, blæser den kuglen 10 af dens sæde, 5 åbner ledningen fra beholderen 31 og lukker ledningen til beholderen 33, og gasstrømningen foregår derpå gennem ventil-kammeret 5 og afgangen 4 til afgangsledningen 13.

Mens gassen strømmer gennem laget 41, afføles fugtig-hedsindholdet af gassen, der strømmer gennem laget, kontinuer-10 ligt af sonden 48.

Tørreapparatet fortsætter i denne cyklus, indtil føleren i den gas, som tørres i beholderen 31, har affølt det forud fastlagte fugtighedsniveau, ved hvilket fugtighedsfronten er ved at forlade laget, hvorpå tidsstyringen startes igen 15 og aktiverer ventilen 27 til bevægelse af stemplet i cylinderen 18, som omstiller ventilen 17 90°. Herved omstilles indstrømningsgassen, som kommer ind via ledningen 16, fra ledningen 25 til ledningen 26, således at den kommer ind ved bunden af den anden beholder 33. Den udstrømmende gas forlader 20 toppen af beholderen 33 via ledningen 29. Når denne afgangsudstrømning når ventilen 19, blæses kuglen 10 af dens sæde, åbner ledningen fra beholderen 33 og lukker ledningen 10 til beholderen 31, og strømningen fortsætter derpå gennem ventilkammeret 5 og afgangen 4 til afgangsledningen 13.

25 Rensegas fra ventilen 19 ledes nu gennem ledningen 34 til bunden af beholderen 31, hvorpå den passerer i retning opad forbi varmeorganet 35 og derpå i retning nedad gennem adsorptionsmiddellaget 41 i adsorptionsmiddelkammeret i beholderen 31, idet den kommer ud ved bunden af beholderen 30 og derpå gennem ledningen 25 og ventilen 27 føres til rense-gasudblæsningen 52.

Denne cyklus fortsættes derpå, indtil føleren har affølt det forud fastlagte, maksimalt tilladelige fugtighedsniveau i afgasningsgassen fra beholderen 33, hvorpå tidsstyrin-35 gen endnu engang startes op igen, ventilen drejes 90° til dens oprindelige position, og den første cyklus gentages.

14 150703

O

I det i fig. 8 viste tørreapparat bruges der ikke varme til regenerering af det brugte tørremiddel.

Det i fig. 8 viste tørremiddeltørreapparat er sammensat af et par beholdere 60 og 61, som begge ved den ene ende 5 har en tilgang 62 og 63 og ved den anden ende en udgang 64 og 65. Anbragt tværs over udgangene i Iver findes understøtningsskærme 66 af rustfri stål fremstillet af trådvæv eller perforeret stålplade, hvis fomål er at tilbageholde tørre-middelpartiklerne inden i beholderne, men naturligvis fra-10 sigter de ikke fine partikler og støv.

Beholderne er fyldt med tørremiddel 68 f.eks. aktiveret aluminiumoxid.

Beholderne 60 og 61 er indbyrdes forbundet med et system af ledninger for at sikre levering af indstrømnings-15 gas, som skal tørres, til tilgangen for hvert lag og udtagning af tørret gas fra afgangen til hvert lag, og med ledninger til at dirigere en rensestrøm fra udstrømningen til toppen af hvert af lagene med henblik på regenerering og til at udlufte strømmen til atmosfæren, efter at den har forladt 20 bunden af hvert lag. Dette system er sammensat af en tilførselsledning 80 for fugtig gas, som leder fugtig gas til firevejs-solenoideomstillingsventilen 81 og derpå gennem enten ledningen 82 eller 83 til bunden af hhv. beholderen 60 og 61. Lignende ledningsforbindelser 84 og 85 strækker sig mellem 25 afgangene ved toppen af de to beholdere. Strømningen langs disse ledninger til afgangsledningen 86 styres af kugleventilen 87 med frit rullende kugle, der er som vist i fig. 3 og 4. Ledningerne 84, 85 fører ligeledes en rensestrøm i omvendt retning, eftersom de ligeledes begge er i strømnings-30 forbindelse med udtagningsstrømkanalen 15 i kugleventilen.

Udtagningsstrømkanalen 15 styrer rumfanget af rensestrømmen, der udtages fra den udstrømmende tørre gas ved ventilkanalerne 6 eller 7 med henblik på regenerering af adsorptionsmiddellaget under regenerationscyklen og reducering af trykket til 35 atmosfæretryk, når rensegasudblæsningsledningen 96 er åben.

is 150703

O

Ledningerne 84, 85 fører rensegassen til en af afgangene 64 og 65 i beholderne 60 og 61. En rensegasudblæsningsledning 96 fører fra firevejsventilen 81 med henblik på at udlufte rensegassen til atmosfæren.

5 Hvis beholderen 60 befinder sig i tørringscyklus og beholderen 61 i regenereringscyklus, er tørreapparatets virkemåde som følger: Fugtig gas ved ledningstryk, som kommer ind gennem ledningen 80, ledes af ventilen 81 til ledningen 82 til beholderen 60 og passerer derpå i retning opad gennem tørremid-10 dellaget 68 til afgangen 64, hvorfra den via ledningen 84 ledes til kugleventilen 87. Når strømmen i ledningen 84 når ventilen 87 , blæses kuglen 10 fra dens sæde og flyttes til en position tværs over ledningen 85. Strømningen fortsætter derpå via ventilkammeret til afgangsledningen 86.

15 En del af afgangsstrømningen styret af udtagnings strømkanalen 15 føres derpå gennem ledningen 85 til toppen af den anden beholder 61, som befinder sig i regenerationscyklen, og den føres derpå i retning nedad gennem laget til tilgangen 63 og derpå gennem ledningen 83 til firevejsomstil-20 lingsventilen 81 og udluftes til atmosfæren gennem rensegasud-blæsningsledningen 96.

Når der er forløbet et forud fastlagt tidsrum, aktiveres firevejsomstillingsventilen 81 således, at den leder tilgangsgassen til ledningen 83 til bunden af den anden beholder 25 61, som er i tørringscyklus, og forbinder ledningen 82 med rensegasudblæsningen 96. Den tørre udstrømningsgas forlader beholderen 61 via ledningen 85 og fortsætter til tilgangen til kugleventilen 87. Når strømmen i ledningen 85 når ventilen 87, blæses kuglen 10 fra dens sæde og flyttes til aflukning af 30 ledningen 84. Afgangsstrømmen fortsætter via ventilkammeret 5 til afgangsledningen 86. Rensestrømmen passerer nu gennem ledningen 84 til toppen af beholderen 60, som nu befinder sig i regenerationscyklus. Denne cyklus fortsætter, indtil det forud fastlagte tidsrum er udløbet, hvorpå ventilen 81 igen om-35 stilles, og cyklus gentages.

O

150702 I det i fig. 9 viste tørreapparat anvendes der ikke varme til at bevirke regenerering af det brugte tørremiddel.

Tørreapparatet er sammensat af to beholdere 131 og 132, der er udstyret med passende ledningsforbindelser til 5 tilførsel af fugtig indstrømningsgas og afgivelse af tør udstrømningsgas til og fra hver beholder og med ifyldnings og udtømningsåbninger hhv. 120 og 121 til tørremiddel. Tørremidlet 113 understøttet på skærmunderstøtninger 108 i hver tank. Styringen af indstrømningen af fugtig gas fra tilgangs-10 ledningen 130 sker ved hjælp af solenoideomstillingsventiler 101, 103, som dirigerer strømmen af indstrømningsgas enten til ledningen 198 eller til ledningen 189 og derpå til bunden af beholderne 131, 132.

Tør udstrømningsgas forlader beholderne ved toppen 15 via en af ledningerne 141 eller 142, som begge er forbundet med afgangsledningen 133 for tør gas via kugleventilen 125 med frit rullende kugle, som er af den art, der er vist i enten fig. 3 og 4 eller fig. 5 og 6 afhængigt af, hvorvidt der kræves en indstillelig udtagningsstrøm.

20 Eftersom kanalen eller dysen 15 i kugleventilen er trykreducerende, er trykreducerende dyser og kontraventiler unødvendige. Efter kanalen 15 er trykket reduceret til atmosfæretryk, når en af rensegasudblæsningsventilerne 102, 104 og ledningerne 117, 118 er åben. Udtagningsledningsstrømkana-25 len 15 styrer ligeledes rumfanget af rensestrømmen, som er udtaget fra afgangsgassen med henblik på regenerering af det brugte adsorptionsmiddellag.

Når et forud fastlagt tidsrum er forløbet, aktiveres omstillingsventilerne 101, 103 og rensegasudblæsningsventil-30 erne 102, 104.

Hvis den venstre beholder 131 befinder sig i tørringscyklus og den højre beholder 132 i regenereringscyklus, forløber virkemåden for tørreapparatet som følger: Fugtig indstrømningsgas ved f.eks. 7 ato og en strømningshastighed på 35 8,6 m^/min. mættet ved 27°C trænger gennem tilgangen 130 ind i ledningen 198, idet ventilen 103 er lukket, og pas- 17 150703

O

serer derpå ventilen 101 og trænger ind i bunden af den første beholder 131 og derpå i retning opad gennem laget af tørremiddel 113, f.eks. aktiveret aluminiumoxid, til afgangen og via ledningen 141 til kugleventilen 125. Dette blæser kug-5 leventilen 10 af dens sæde, åbner ledningen 141 og lukker ledningen 142, og derpå fortsætter strømningen gennem ventilkammeret 5 til afgangsledningen 133 for tør gas. Udstrømnings- 3 gassen afgives her ved 7 ato med 7,5 m /min. og med et dugpunkt på -73°C. Kugleventilen 125 forhindrer fri indtrængning 10 af tør gas i ledningen 142. Som skyllestrømmen udtages tør afgangsgas i en mængde på f.eks. 1,1 m /min. gennem den trykreducerende kanal 15, hvor dens tryk reduceres til atmosfæretryk, og derpå gennem ledningen 142 til toppen af den anden beholder 132, som befinder sig i regenereringscyklus. Skylle-15 strømmen passerer i retning nedad gennem tørremiddellaget 113 og undslipper ved bunden ind i ledningen 189 og passerer derpå gennem skyllegasudblæsningsventilen 104 til ledningen 118, hvor den udluftes til atmosfæren.

Når tidsrummet for fuldstændig regenerering er forløbet, 20 lukkes skyllegasudblæsningsventilen 104 automatisk, og kammeret sættes igen under tryk. Dette sker ved en tidsstyring.

Denne cyklus fortsætter, indtil det forud fastlagte tidsrum er forløbet, hvorpå tidsstyringen lukker ventilen 101 til kammeret 131 og åbner ventilen 103 til kammeret 132, mens 25 ventilen 125 åbner automatisk, således at den fugtige indstrømningsgas, der trænger ind gennem tilgangen 130, passerer gennem ledningen 189 til beholderen 132, mens tør udstrømningsgas nu kan passere fra toppen af beholderen 132 via ledningen 142 til afgangsledningen 133 for tør gas, idet kugleventilen 30 125 forhindrer indtrængning af tør gas i ledningen 141. Strøm ningen af gas i afgangsledningen 141 er nu vendt om, og skyllegas strømmer i ledningen 141 fra den trykreducerende udtagningskanal 115 til toppen af kammeret 131, som befinder sig i regenerationscyklus, og derpå i retning nedad gennem laget 35 til ledningen 198 og videre gennem skyllegasudblæsningsventilen 102, hvor det ved ledningen 117 udluftes til atmosfæren.

o 15070:

Denne cyklus fortsætter, indtil den forud fastlagte regenerationstidscyklus er fuldført, hvorpå tidsstyringen lukker rensegasudblæsningsventilen 102 med henblik på igen at sætte beholderen 131 under tryk. Systemet fortsætter med 5 beholderen 132 i tørringscyklus, indtil det forud fastlagte tidsrum er forløbet, hvorpå tidsstyringen aktiverer ventilerne, og cyklen begynder igen.

Sædvanligvis udføres tørringscyklus med gas ved et overatmosfærisk tryk. Den trykreducerende udtagningsstrøm-10 kanal 15 sikrer i kombination med rensegasudblæsningsventi-lerne 102, 104, at regeneringscyklen udføres ved et tryk, som er betragteligt reduceret i forhold til det tryk, ved hvilket adsorptionscyklen udføres.

For at sikre regenerering af det brugte lag under rege-15 nereringscyklen er det tidsrum, der tilmåles af tidsstyringen, og rumfanget .hf rensestrømmen indstillet svarende til rumfanget af tørremiddel, det fugtighedsindhold, ved hvilket cyklen afsluttes, og det tryk, ved hvilket adsorptionen udføres, for at sikre at regenereringen kan blive fuldstændig indenfor 20 den tilmålte cyklustid. Uopvarmede tørreapparater arbejder under ligevægtbetingelser, og ligevægtbetingelserne må opretholdes under alle de betingelser, som tørreapparatet underkastes under brugen.

Tørreapparatsystemerne ifølge opfindelsen kan anven-25 des med en hvilken som helst art adsorptionsmiddel, der er indrettet til at adsorbere fugtighed fra gasarter. Aktiveret carbon, aluminiumoxid, silikagel, magnesiumoxid, forskellige metaloxider, ler, valkejord, benkul og Mobilbeads og lignende fugtighedsadsorberende sammensætninger kan anvendes som tørre-30 middel.

Molekylesier kan ligeledes anvendes, eftersom de i mange tilfælde har fugtighedsfjernende egenskaber, denne materialeklasse omfatter zeoliter, både naturligt forekommende og syntetiske, idet porerne i disse kan variere i diameter 35 fra ca. 3 til ca. 15 Å eller mere. Chabasit og analcit er repræsentative naturlige zeoliter, som kan anvendes. Syntetiske 19 150703

O

zeoliter, som kan anvendes, omfatter de i USA-patentskrifterne nr. 2.442.191 og nr. 2.306.610 omhandlede. Alle disse materialer er velkendte som tørremidler, og detaljerede beskrivelser deraf findes i litteraturen.

5 De beskrevne og på tegningen viste tørreapparater er alle indrettet til rensestrømsregenerering med rensegassen passerende i modstrøm med den fugtige indstrømningsgas. Dette er, som er velkendt, den mest effektive måde til udnyttelse af et tørremiddellag. Når en fugtig gasart passerer gennem et 10 tørremiddellag i en retning, aftager fugtighedsindholdet i tørremidlet progressivt i laget, og normalt vil den mindste fugtighedsmængde være blevet adsorberet ved lagets afgangsende. Det er følgelig kun sund ingeniørpraksis at indføre regenere-ringsrensegassen fra afgangsenden for at undgå at drive fug-15 tighed fra den fugtigere del af laget ind i den mere tørre del af laget og derved forlænge den nødvendige regenerationscyklustid. Hvis rensestrømmen indføres ved afgangsenden, vil den fugtighed, der er tilstede der, selv om den kan forekomme i en ringe mængde, blive fjernet af rensestrømmen og bragt i 20 retning mod den fugtigere ende af laget. Laget regenereres således progressivt fra afgangsenden, og al fugtigheden medføres den mindst mulige afstand gennem laget, før den kommer ud ved tilgangsenden.,

Ikke desto mindre kan det til nogle formål være ønske-25 ligt at drive rensestrømmen i samme retning som tilgangsstrømmen. Ifølge opfindelsen er det muligt at føre fugtighedsindhol-det af tørremidlet op til et meget højt niveau, langt højere end det normalt er gennemførligt, på grund af den beskyttende virkning af det fugtighedsaffølende element, som, når det 30 anvendes, gør det muligt at afbryde strømmen på et tidspunkt, som er mere præcist afpasset til fugtighedsniveauet, end det hidtil har været muligt. Det vil følgelig i mange tilfælde, hvis laget gennemgående er bragt tæt til mætningspunktet, betyde ringe forskel, om rensestrømmen kommer ind ved til-35 gangsenden eller ved afgangsenden, og begge driftsmåder er taget i betragtning ved opfindelsen, selv om modstrømsregenerering naturligvis foretrækkes i de fleste tilfælde.

20 150702

O

Selv om opfindelsen er blevet beskrevet med principiel vægt på et tørremiddeltørreapparat og en fremgangsmåde til tørring af gasarter, vil det være klart for fagmanden, at apparatet med et passende valg af adsorptionsmiddel kan 5 anvendes til adskillelse af en eller flere gasformige komponenter fra en gasformig blanding. I et sådant tilfælde kan den adsorberede komponent ligeledes fjernes fra adsorptionsmidlet ved anvendelse af varme og valgfrit i tilslutning en formindskelse af trykket under regenerering. Processen kan 10 således anvendes til separation af hydrogen fra strømmen af petroleumhydrocarbon og andre gasblandinger, som indeholder hydrogen, til separation af oxygen fra nitrogen, til separation af olefiner fra mættede hydrocarboner og lignende. Fagfolk på området vil kende adsorptionsmidler, som kan anvendes til 15 disse formål.

I mange tilfælde kan adsorptionsmidler, der er anvendelige til fjernelse af fugtighed fra luft, ligeledes anvendes fortrinsvis til at adsorbere en eller flere gaskomponenter fra en blanding heraf, dette gælder adsorptionsmidler såsom 20 aktiveret carbon, glasuld, adsorberende bomuld, metaloxider og ler såsom attapulgit og bentonit, valkejord, benkul og naturlige og syntetiske zeoliter. Zeoliterne er specielt effektive til fjernelse af nitrogen, hydrogen og olefiner såsom ethylen eller propylen fra en blanding med propan og højere 25 paraffinhydrocarboner, eller buten eller højere olefiner. Selektiviteten af en zeolit afhænger af materialets porestørrelse. Den tilgængelige litteratur angiver den selektive adsorptionsevne af de tilgængelige zeoliter, således at valget af et materiale til et specielt formål er forholdsvis 30 simpel og ikke udgør nogen del af den foreliggende opfindelse.

I nogle tilfælde kan adsorptionsmidlet anvendes til at separere et antal materialer i et enkelt gennemløb. Aktiveret aluminiumoxid vil f.eks. adsorbere både fugtigheds-dampe og carbondioxid i modsætning til Mobilbeads, som kun 35 vil adsorbere vanddamp i en sådan blanding.

O

2i 150703

Det apparat, der anvendes til dette formål, vil være det samme som de i fig. 7-9 viste og foranstående beskrevne, og processen er ligeledes som beskrevet passende modificeret svarende til andelene af de komponenter, som skal separeres, 5 arbejdstrykket og -temperaturen og rumfanget af til rådighed værende adsorptionsmiddel.

Det vil imidlertid forstås, at processen har speciel anvendelse til tørring af gasarter, og at dette er den foretrukne udførelsesform for opfindelsen.

Claims (7)

22 . 15070 ® Patentkrav.

1. Apparat til formindskelse af koncentrationen af en første gasart i en blanding heraf med en anden gasart til under en begrænsende maksimumskoncentration heraf i den 5 anden gasart, og med et par beholdere (31,33; 60,61; 131,132), et kammer i hver beholder til et lag (41; 68; 113) af parti-kelformigt, letsmuldrende adsorptionsmiddel med en fortrinsvis affinitet til den første gasart, en indstrømningsledning (25,26; 82,83; 198,189) til levering af indstrømningsgas til 10 hvert adsorptionsmiddelkammer, en indstrømningsstyreventil (17; 81; 101,103) i indstrømningsledningen til at dirigere indstrømningsgassen til det ene af kamrene, som er i drift til adsorption, en udstrømningsledning (28,29; 84,85; 141,142) til levering af udstrømningsgas fra hvert adsorptionsmiddel-15 kammer, og en udstrømningsstyreventil i form af en frit rullende kugleventil (19; 87; 125) i udstrømningsledningen til dirigering af udstrømningsgassen fra det kammer, der er i drift til adsorption, hvilken udstrømningsventil (19; 87; 125) omfatter et ventilhus (1), et ventilkammer (5) i huset med 20 separate tilgangsorganer, §t fra udstrømningsledningen fra hvert adscrptionsmiddelkammer, et ventilsæde (11.12) tværs over hver tilgang og en fritrullende kugleventil (10) lejret imod ventilsæderne, og som reagerer på udstrømningstrykket ved hver tilgang i forhold til afgangstrykket til flytning 25 af kuglen bort fra ventilsædet ind i ventilkammeret og til at åbne den tilgang, der fører fra adsorptionsmiddelkammerét, der er i drift, og til at dirigere kuglen til lejring på ventilsædet tværs over den anden tilgang, der fører fra det adsorptionsmiddelkammer, der er ude af drift til adsorption, 30 og lukke denne tilgang og derved forhindre strømning af udstrømningsgas gennem denne tilgang ind i det ude af drift værende kammer, kendetegnet ved, at tilgangsorganerne består af to tilgange (2,3) og to i det væsentlige lodret orienterede tilgangskanaler (6,7), som fører ind i kam-35 meret (5), idet ventilsæderne (11,12) er i det væsentlige vandret orienteret, således at den fritrullende kugleventil (10) ved omstilling af indstrømningsstyreventilen (17; 150703 O 81; 101, 103) flyttes i retning opad bort fra det ene ventilsæde ind i ventilkammeret og ned på det andet ventilsæde, og at en udtagningsledning eller -strømningskanal (9; 15) i huset (1) til en udstrømmende rensegasstrøm fø-5 rer forbi den lukkede tilgang og forbinder mindst ét af ventilkamrene (5) og de i det væsentlige lodret orienterede tilgangskanaler (6,7) med en af udstrømningsledningerne (28,29? 84,85; 141,142) med henblik på omvendt rensestrøm-ning af udstrømningsgas fra tilgangskanalen (6,7) med en 10 ændring af strømningsretning fra retningen af strømning i tilgangskanalen (6,7) og derpå gennem udstrømningsledningen (28,29; 84,85; 141,142) ind i det adsorptionsmiddel-kammer, som er ude af drift til adsorption, men i drift til regeneration for at regenerere adsorptionsmiddellaget (41 -15 68; 113) med denne rensestrøm.

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at udtagningsstrømkanalen (15) er i det væsentlige vandret orienteret og forbinder to i det væsentlige lodret orienterede tilgangskanaler (6,7).

3. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at udtagningsstrømkanalen (15) er forsynet med en ventil (20) til indstilling af udtagningsstrømmen derigennem.

4. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at udtagningsstrømkanalen (15) forbinder de to til- 25 gangskanaler (6,7) i ventilen og én af udstrømningsledningerne (84,85; 141,142).

5. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at udtagningsstrømkanalen (15) forbinder ventilkammeret (5) og én af udstrømningsledningerne (84,85; 141,142).

6. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det som kugleventil har en fritrullende kugle (19; 87; 125) af plastmateriale.

7. Apparat ifølge krav 6, kendetegnet ved, at kuglen 19; 87; 125) og ventilsædet (11,12) er af ^ elastisk materiale.