SE517561C2 - Förfarande och anordning för framställning av en gas genom separation från en gasblandning - Google Patents

Description

ø o n a a . o a n u nu 0 a 517-56-1 2 adsorptionseffektiviteten negativt, och kyls ned under desorptio- nen (regenereringen), vilket inverkar negativt desorptionseffekti- viteten. Dessutom har det visat sig genom praktiska experiment på konventionella processer att adsorptionsbädden utvecklar en temperaturgradient efter några driftstimmar. Gradienten är sådan att bädden är kallare i inmatningsänden och varmare i produktän- den. En temperaturskillnad av ungefär 50°C har observerats över bädden. De molekylära siktpartiklarna som använts för syrefram- ställning har en optimal temperatur där de ger bästa prestanda, och temperaturgradienten kan leda till en icke optimal prestanda hos processen.

En sådan känd, konventionell PSA-process för syreproduktion uppvisar två adsorptionskärl (A och B) och en hel cykel som in- volverar de följande, i tabell 1 beskrivna stegen: Tabell 1 Steg Kärl A Kärl B 1 Luftmatning till kärlinloppet och sy- Regenerering genom evakuering av reframställning via kärlutloppet till avfall genom kärlinloppet mottagare 2 Luftmatning till kärlinloppet och sy- Regenererlng genom evakuering av reproduktion via kärlutloppet till avfall genom kärlinloppet och syre- mottagare och för rening till kärl B. rening via kärlutloppet. 3 Tryckutjämning, kärl A ger syre via Tryckutjämning, kärl B mottar syre kärlutloppet till kärl B. via kärlutloppet från kärl A. 4 Regenerering genom evakuering av Luftmatning till kärlinlopp och syre- avfall genom kärlinloppet. produktion via kärlutlopp till motta- gare. 5 Regenerering genom evakuering av Luftmatning till kärlinlopp och syre- avfall genom kärlinloppet och syre- produktion via kärlutlopp till motta- rening via kärlutloppet. gare och för rening till kärl A. 6 Tryckutjämning, kärl A mottar syre Tryckutjàmning, kärl B ger syre via via kärlutloppet från kärl B. kärlutlopp till kärl A. 10 15 20 25 30 35 o o o a | » a n o a no o 517 561- 3 SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med den föreliggande uppfinningen är att förbättra effekti- viteten hos ett förfarande och en anordning för separation av ga- ser. Syftet är närmare bestämt att förhindra utvecklandet av en temperaturgradient i separationsbädden och därigenom möjlig- göra lämpligare förhållanden för processen, så att dennas totala prestanda kan ökas.

Detta syfte uppnås medelst det inledningsvis definierade förfa- randet, vilket innefattar de särdrag som är definierade i den kän- netecknande delen av krav 1. Hos ett sådant förfarande, vid vilket operationsstegen är huvudsakligen desamma i samma syfte som hos den såsom ovan beskrivna, konventionella processen, kastas gasflödenas riktning om varannan cykel. Som ett resultat av om- kastningen av gasflödet vid förfarandets olika operationssteg undviks effektivt utvecklandet av en temperaturgradient i en adsorptionsbädd. Processtemperaturen kan därför hållas vid en jämn nivå över hela bädden, varigenom samma processförhållan- den tillhandahålls för hela bädden.

Enligt ett utförande av den föreliggande uppfinningen tillhanda- hålls ett andra kärl, som har en första passage, en andra passage och en bädd inuti det andra kärlet, varvid det första steget även innefattar evakuering av restgasen från det andra kärlets bädd via dettas första passage, det andra steget även innefattar matning av gasblandningen till det andra kärlets bädd via dettas andra passage och utsläppning av gasen från det andra kärlets bädd via dettas första passage, det tredje steget även innefattar evakue- ring av restgasen från det andra kärlets bädd via dettas andra passage, och det fjärde steget även innefattar matning av gas- blandningen till det andra kärlets bädd via dettas första passage och utsläppning av gasen från det andra kärlets bädd via dettas andra passage. Medelst ett förfarande som involverar två sådana separationskärl kan den totala effektiviteten ökas, t.ex. genom samtidig adsorption och regenerering. Under en mellanliggande fas hos det första och andra steget överförs den från det första kärlets bädd utsläppta gasen delvis till det andra kärlets bädd och under en mellanfas hos det andra och fjärde steget överförs den n o ø o o: 10 15 20 25 30 35 o o o u » n u o ø ø n; o 517561 4 från det andra kärlets bädd utsläppta gasen delvis till det första kärlets bädd. Genom sådan överföring från ett kärl till ett annat kan ett större innehåll av gasen än i gasblandningen användas under nästa adsorptionssteg hos det ytterligare kärlet. Därvid kan det första stegets mellanfas innefatta överföring av gasen från det första kärlets bädd via dettas andra passage till det andra kärlets bädd via dettas andra passage, varvid det andra stegets mellan- fas kan innefatta överföring av gasen från det andra kärlets bädd via dettas första passage till det första kärlets bädd via dettas andra passage, varvid det tredje stegets mellanfas kan innefatta överföring av gasen från det första kärlets bädd via dettas första passage till det andra kärlets bädd via dettas första passage, och det fjärde stegets mellanfas kan innefatta överföring av gasen från det andra kärlets bädd via dettas andra passage till det första kärlets bädd via dettas första passage. Dessutom kan varje steg avslutas genom en ändfas, som innefattar tryckutjämning mellan det första och andra kärlet.

Enligt ett ytterligare utförande av uppfinningen innefattar mat- ningen av gasblandningen till bädden adsorption av restgasen med hjälp av en adsorbent, som är inhyst i bädden. Därvid inne- fattar adsorbenten ett partikelformigt material, såsom molekylära siktpartiklar.

Enligt ett ytterligare utförande av uppfinningen är gasblandningen luft, varvid gasen huvudsakligen är syre och restgasen huvudsak- ligen är kväve.

Enligt ett ytterligare utförande regleras temperaturen hos den gasblandning, som skall matas till separationskärlet så att en op- timal temperaturnivå hålls i bädden. Sålunda kan bäddtemperatu- ren ställas in för att matcha det optimala för den valda separa- tionsprocessen, t.ex. beroende av typen av använda molekylära siktkroppar, genom att ställa in en lämplig temperatur hos gas- blandningen.

Dessutom uppnås det ovan nämnda syftet medelst den inled- ningsvis definierade anordningen, vilken innefattar de i den kän- netecknande delen av kravet 10 definierade särdragen. Genom u u c ø v: 10 15 20 25 30 35 n o v n | J | | c - o; 517 561- 5 sådana andra ledningsmedel som är anordnade för att förbinda källmedlet med bädden via den andra passagen och bädden med mottagarmedlet via den första passagen, kan utvecklandet av en temperaturgradient i kärlets separationsbädd undvikas och det är möjligt att driva en adsorptionsprocess och en degenereringspro- cess vid en lämplig temperatur.

Föredragna utföranden av anordningen enligt den föreliggande uppfinningen är definierade i de osjälvständiga kraven 11-28.

Enligt ett fördelaktigt utförande av uppfinningen är ett andra se- parationskärl anordnat, vilket har en första passage, en andra passage och en separationsbädd inuti det andra kärlet, varvid ett femte ledningsmedel är anordnat för att förbinda källmedlet med det andra kärlets bädd via dettas andra passage och det andra kärlets bädd med mottagarmedlet via dettas första passage, och sjätte ledningsmedel för att förbinda källmedlet med det andra kärlets bädd via dettas första passage och det andra kärlets bädd med mottagningsmedlet via dettas andra passage.

Enligt ett ytterligare fördelaktigt utförande av uppfinningen inne- fattar källmedlet en pumpanordning för att leverera gasbland- ningen till bädden, så att ett relativt högt tryck, företrädesvis över atmosfärsnivån, uppnås i bädden. Därvid kan det andra mottag- ningsmedlet innefatta en vacuumpumpanordning, anordnad för att evakuera restgasen från bädden, så att ett relativt lågt tryck, fö- reträdesvis under atmosfärsnivån, uppnås i bädden.

Enligt ytterligare ett fördelaktigt utförande av uppfinningen är de första och andra passagerna och separationsbädden hos kärlet symmetriskt anordnade med hänsyn till ett mittenplan hos kärlet.

För att tillhandahålla ett effektivt gasflöde i två motsatta riktningar igenom bädden är adsorptionsbädden och de inbördes förbundna inlopps/utloppspassagerna helt spegelsymmetriska, vilket innebär att bädden inte har några specifika inlopps- eller utloppsändar.

Enligt ett utförande av uppfinningen har därvid kärlet en huvud- sakligen cylindrisk form kring en centrumaxel, är den första pas- sagen anordnad i kärlets cylindriska vägg, är den andra passagen anordnad i kärlets symmetriska vägg vid en diametralt motsatt del 10 15 20 25 30 35 0 av n ' . I: åre; 000: 517 561= 6 av denna, är bädden innesluten medelst inneslutningsmedel, som innefattar en första och andra inneslutningspanel, anordnade i den första respektive andra passagen på ett avstånd från dessa för att tillhandahålla ett flödesdistributionsutrymme däremellan, och perforerade för att tillåta ett fluidflöde därigenom, och var och en av inneslutningspanelerna har en ytteryta som är väsentligen parallell med centrumaxeln och konvex från respektive passage sett. En sådan konvex inneslutningspanel uppvisar en hög styrka och stabilitet i jämförelse med en plan panel. Sålunda kan inne- slutningspanelen vara konstruerad på ett enkelt och kostnads- effektivt sätt, eftersom inte någon stödkonstruktion behövs för en sådan krökt panel, medan däremot en plan panel fordrar en mycket styv stödkonstruktion för att undvika böjning och/eller vib- rering på grund av trycket från den flödande processgasen. Med en sådan konvex, krökt platta kommer de krafter som verkar på plattan att omformas till huvudsakligen membranspänningar i pa- nelen. Dessutom är det medelst en konvex inneslutningspanel möjligt att kompensera för det faktum att den gas som flödar i mitten av bädden kommer att passera snabbare igenom denna än den gas som strömmar närmare kärlets cylindriska väggar. Detta innebär att gasflödet kommer att uppvisa en väsentligen plan frontkonfiguration och därför kommer samtliga delar av bädden att uniformt användas under adsorptionsprocessen. Dessutom är det medelst konvexa inneslutningspaneler möjligt att öka mängd- en av partikelformigt material i bädden, eftersom det tomma ut- rymmet i det cylindriska kärlet reduceras ijämförelse med de tidi- gare kända, plana inneslutningspanelerna. Därigenom kan pro- cessens effektivitet ytterligare ökas.

Enligt ytterligare ett fördelaktigt utförande av uppfinningen inne- fattar inneslutningsmedlet en flexibel ändvägg anordnad att tving- as mot det partikelformiga materialet i syfte att hålla materialet i en huvudsakligen orörlig position. Därigenom kan det cylindriska kärlet innefatta en ändvägg, varvid den flexibla ändväggen är an- ordnad invändigt om kärlets ändvägg på ett avstånd från denna för att tillhandahålla ett slutet utrymme däremellan. Genom an- ordnade tryckregleringsmedel kan trycket i det slutna utrymmet regleras så att det partikelformiga materialet inuti inneslutnings- medlet hålls i den huvudsakligen orörliga positionen. Sålunda är n n | 1 | vc 10 15 20 25 30 35 o u n Q no 517 *561~ 7 det möjligt att öka gasströmningshastigheten igenom bädden och fortfarande behålla det partikelformiga materialet i en fixerad po- sition i denna. Eftersom den flexibla ändväggen är rörlig, kommer den automatiskt att följa med då det partikelformiga materialet blir mer kompakt och sjunker i bädden, vilket normalt inträffar under den inledande driftsperioden hos processen.

Enligt ytterligare ett fördelaktigt utförande av uppfinningen är centrumaxeln riktad i en huvudsakligen vertikal riktning. För ett sådant vertikalt kärl, i vilket gasflödet är horisontalt riktat, är den begränsande dimensionen det cylindriska kärlets diameter. Kär- lets höjd är endast begränsad genom hanteringsaspekter. Sålun- da kan ett sådant kärl ha en avsevärd storlek.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Den föreliggande uppfinningen skall nu förklaras mer i detalj i samband med beskrivningen av ett utförande av denna och med hänvisning till de bifogade ritningarna, på vilka fig. 1 är ett schematiskt diagram för en separationsprocess enligt tidigare teknik fig. 2 är ett schematiskt diagram för en separationsanordning enligt ett första utförande av den föreliggande uppfin- ningen fig. 3 är ett schematiskt diagram för en separationsanordning enligt ett andra utförande av den föreliggande uppfin- ningen fig. 4 är en vertikal tvärsnittsvy av ett adsorptionskärl för den i fig. 2 och 3 visade separationsanordningen fig. 5 är en horisontell tvärsnittsvy av kärlet i fig. 4, och fig. 6 är en vertikal tvärsnittsvy av en del av en inneslutnings- panel anordnad i det i fig. 4 och 5 visade kärlet.

DETALJERAD BESKRIVNING AV OLIKA UTFÖRANDEN AV DEN FÖRELIGGANDE UPPFINNINGEN Med hänvisning till fig. 1 beskrivs en anordning för PSA-process (Pressure Swing Adsorption) enligt tidigare teknik. Anordningen u | n u u oo 10 15 20 25 30 35 n | a o on 517 561» s innefattar två, kärl A och B, vilka vart och ett innesluter en bädd av adsorbent, såsom molekylära siktpartiklar. Varje kärl, A, B är försett med en inloppspassage 1 och en utloppspassage 2. In- loppspassagerna 1 är förbundna med en pump 3 via ledningsme- del 4 och med en vacuumpump 5 via ledningsmedel 6. Utlopps- passagerna 2 är förbundna med ett mottagningsmedel 7 via led- ningsmedel 8. Ett ytterligare ledningsmedel 9 är anordnat mellan utloppspassagerna 2 hos kärlen A och B. Under ett första opera- tionssteg matas luft medelst pumpen 3 till kärlets A bädd igenom inloppspassagen 1. Därvid uppnås en relativt hög trycknivå i kär- lets A bädd och sålunda adsorberas kvävet i luften av adsorben- ten och syreberikade gaser passerar igenom bädden och går ut från kärlet A genom utloppspassagen 2. De syreberikade gaserna överförs till syremottagningsmedlet 7. Under det första opera- tionssteget regenererar dessutom adsorbenten i kärlet B genom evakuering av restgaserna genom inloppspassagen 1 med hjälp av vacumpumpen 5. Under ett andra operationssteg matas fortfa- rande luft till kärlet A och de syreberikade gaserna levereras via utloppspassagen 2 till mottagningsmedlet 7 och till kärlet B via dettas utloppspassage 2 för rening. Restgaser evakueras fortfa- rande från kärlet B. Under ett tredje operationssteg sker en tryckutjämning mellan kärlen A och B genom överföring av syre- berikade gaser via ledningsmedlet 9 och de respektive utlopps- passagerna 2. Ett fjärde, femte och sjätte operationssteg motsva- rar det första, andra respektive tredje operationssteget förutom det faktum att kärlet B tillförs luft och kärlet A regenereras.

Fig. 2 beskriver en separationsanordning enligt ett första utfö- rande av den föreliggande uppfinningen. Anordningen, vilken är en trycksvängningsadsorptionsanordning, innefattar ett källmedel 10, en pump 11, ett kärl A, ett produktgasmottagningsmedel 12, en vacuumpump 13, och ett andra, restgasmottagande medel 14.

Källmedlet 10 kan ha formen av en behållare eller en inloppsan- ordning, t.ex. i fallet med separation av luft. Produktgasmottag- ningsmedlet 12 kan föreligga i form av en behållare, eller ett rörorgan, som leder direkt till en process som använder den av separationsanordningen producerade gasen. Det andra, restgas- mottagande medlet 14 kan föreligga i form av en behållare eller en utloppsanordning som leder till den omgivande atmosfären. 10 15 20 25 30 35 | c _ o o o u ø o o o nu 517 561 9 Kärlet A är försett med en bädd av adsorberande material, såsom molekylära siktpartiklar, t.ex. i form av zeolit, en första inlopps- /utloppspassage 15A och en andra inlopps-/utloppspassage 16A.

Detta innebär att gas kan matas via kärlet A i två riktningar, d.v.s. en första riktning via den första passagen A, bädden och den andra passagen 16A och en andra riktning via den andra passa- gen 16A, bädden och den första passagen 15A. Sålunda är sepa- rationskärlet A symmetriskt med hänsyn till passagerna och ett mittenplan hos kärlet och dess bädd. Ett exempel på konstruktio- nen av ett sådant symmetriskt kärl kommer att beskrivas närmare nedan.

Separationsanordningen innefattar en ledning 17A”, vilken förbin- der källmedlet 10 med kärlets A första passage 15A, en ledning 18A", vilken förbinder kärlets A andra passage 16A med produkt- gasmottagningsmedlet 12, en ledning 17A", vilken förbinder käll- medlet 10 med kärlets A andra passage 16A, och en ledning 18A”, vilken förbinder kärlets A första passage 15A med produkt- gasmottagningsmedlet 12. Dessutom finns en ledning 19A”, vilken förbinder kärlets A första passage 15A med det andra, restgas- mottagande medlet 14, och en ledning 19A”, vilken förbinder kärlets A andra passage 16A med det andra, restgasmottagande medlet 14. Var och en av ledningarna 17A', 18A”, 19A”, 17A", 18A” och 19A” är försedd med sitt respektive ventilmedel V.

Dessutom innefattar källmedlet 10 en temperaturregleringsanord- ning 20, vilken är anordnad för att bibehålla gastemperaturen i kärlet A, så att adsorptionsprocessen kan ske under optimala för- håflanden.

Det första utförandets funktion skall nu enbart som exempel för- klaras med hänvisning till framställningen av syre genom separa- tion av luft. Under ett första operationssteg matas luft medelst pumpen 11 från källmedlet 10 via ledningen 17A' till den första passagen 15A. Därvid är ledningarnas 17A” och 18A” ventilmedel V öppna och de ytterligare ventilmedlen V är stängda. Luft trycks in i kärlets A bädd medelst pumpen 11 till ett relativt högt tryck, typiskt över atmosfärsnivån, varvid den därvid förlorar en väsent- lig del av dess kväveinnehåll, som adsorberas av de molekulära siktpartiklarna i bädden. Medelst temperaturregleringsanordning- ~ ~ o o o: 10 15 20 25 30 35 r o I o o Q u o o v co o . . - . 517 -561 10 ningen 20 kan luftens temperatur styras till en optimal nivå. Så- lunda kommer syreberikade gaser att produceras och tvingas ut ur kärlet A genom den andra passagen 16A och via ledningen 18A” till produktmottagningsmedlet 12.

Under ett andra operationssteg regenereras adsorberingsmateria- let hos kärlet A. Därvid är ledningens 19A' ventilmedel V öppet och samtliga övriga ventilmedel V är slutna och vakuumpumpen 13 kommer att reducera trycket i kärlet A och därigenom evaku- era en restgas, som väsentligen innehåller kväve och mindre mängder restkomponenter, från kärlet A och släppa ut restgaser- na till det andra, restgasmottagande medlet eller den omgivande luften 14.

Under ett tredje operationssteg matas luft medelst pumpen 11 från källmedlet 10 via ledningen 17A” till den andra passagen 16A. Därvid är ledningarnas 17A” och 18A' ventilmedel V öppna och de övriga ventilmedlen V är slutna. Med hjälp av temperatur- regleringsanordningen 20 kommer temperaturen hos luften att hållas vid en optimal nivå. Luften kommer att tvingas igenom kärlets A bädd och de producerade syreberikade gaserna kommer att tvingas ut ur kärlet A via den första passagen 15A och via led- ningen 18A' till produktmottagningsmedlet 12.

Under ett fjärde operationssteg regenereras åter kärlets A adsor- beringsmaterial. Därvid är ledningens 19A” ventilmedel V öppet och samtliga övriga ventilmedel V är slutna och vakuumpumpen 13 kommer att reducera trycket i kärlet A och därvid evakuera restgasen från kärlet A och släppa ut denna till det andra, rest- gasmottagande medlet eller den omgivande luften 14. Efter det fjärde operationssteget repeterar processen det första till fjärde operationssteget.

Följaktligen undviks effektivt tendensen till utvecklandet av en temperaturgradient i kärlet A, eftersom “matningsänden” (den kalla punkten) och “produktänden” (den heta punkten) under de första och andra operationsstegen kastas om under de tredje och fjärde operationsstegen. 10 15 20 25 30 35 517561 11 Figur 3 beskriver en separationsanordning enligt ett andra utfö- rande av den föreliggande uppfinningen. Även det andra utföran- det hänför sig till en trycksvängningsadsorptionsanordning_ Detta andra utförande skiljer sig från det första utförandet såtillvida att två separationskärl A och B har anordnats. Dessa två kärl A och B är väsentligen identiska och har samma konstruktion som kärlet A i det första utförandet. Sådana delar som källmedlet 10, pum- pen 11, produktmottagningsmedlet 12, vakuumpumpen 13, det andra, restgasmottagande medlet 14 och temperaturreglerings- anordningen 20 är väsentligen samma och behöver därför inte ånyo förklaras. Dessutom bör det noteras att element hos detta andra utförande som har samma funktion som motsvarande ele- ment i det första, i fig. 2 beskrivna utförandet, har samma hänvis- ningsbeteckningar. Kärlet B innefattar en första passage 15B och en andra passage 16B, vilka motsvarar de första och andra pas- sagerna 15A respektive 16A hos kärlet A. Kärlet B är förbundet med källmedlet 10, produktmottagningsmedlet 12 och det andra, restgasmottagande medlet 14 genom ledningar 17B', 18B”, 19B', 17B“, 18B” och 19B", vilka motsvarar ledningarna 17A', 18A', 19A', 17A", 18A" respektive 19A", anordnade för kärlet A. Led- ningarna 17A', 18A', 19A', 17A", 18A" och 19A” är anordnade med sina respektive ventilmedel V. Dessutom är ett inloppsrör 21 hos mottagningsmedlet 12 försett med ventil 22.

Det andra utförandets funktion skall nu enbart som exempel för- klaras med hänvisning till framställningen av syre genom separa- tion av luft, se även tabell 2 nedan.

Under det första operationssteget, vilket innefattar adsorption medelst kärlet A, såsom beskrivits ovan i samband med det första utförandet, regenereras kärlet B genom evakuering av restgasen genom den första passagen 15B. Under en mellanfas hos det första operationssteget är ledningarnas 18A” och 18B” ventilme- del V öppna liksom ledningens 21 ventil 22, varigenom såväl sy- rerening från kärlet A till kärlet B via de andra passagerna 16A och 16B som syretillförsel från kärlet A till produktgasmottag- ningsmedlet 12 tillåts. Under en ändfas hos det första operations- steget stängs sedan ledningens 21 ventil 22, varigenom tryckut- jämning mellan kärlen A och B via de andra passagerna 16A och 10 15 20 25 30 35 n u o o a u n o o n on 517- 56-1 12 16B och ledningarna 18A” och 18B” tillåts. Under denna ändfas stängs ledningens 17A” ventilmedel V och ingen luft levereras till kärlet A.

Under det andra operationssteget, vilket innefattar regenerering av kärlet A, såsom beskrivits ovan i samband med det första utfö- randet, levereras luft till kärlet B via ledningen 17B” och den and- ra passagen 16B. Under en mellanfas. hos det andra operations- steget öppnas ledningarnas 18A” och 18B” ventilmedel V liksom ledningens 21 ventil 22, varigenom såväl syrerening från kärlet B till kärlet A via den första passagen 15B och den andra passagen 16A som syretillförsel från kärlet B till produktgasmottagnings- medlet 12 tillåts. Under en ändfas hos det andra operationssteget stängs ledningens 21 ventil 22, varigenom tryckutjämning mellan kärlets B och A via den första passagen 15B och den andra pas- sagen 16A och ledningarna 18B” och 18A” tillåts. Under denna ändfas är ledningens 17B” ventilmedel stängt och ingen luft le- vereras till kärlet B.

Under det tredje operationssteget, vilket innefattar adsorption medelst kärlet A, såsom beskrivits ovan i samband med det första utförandet, regenereras kärlet B genom evakuering av restgasen genom den andra passagen 16B. Under en mellanfas hos det tredje operationssteget är ledningarnas 18A' och 18B” ventilmedel V öppna liksom ledningens 21 ventil 22, varigenom såväl syrere- ning från kärlet A till kärlet B via de första passagerna 15A och 15B som syretillförsel från kärlet A till produktgasmottagnings- medlet 12 tillåts. Under en ändfas hos det tredje operationssteget är ledningens 21 ventil 22 stängd, varigenom tryckutjämning mellan kärlet A och B via de första passagerna 15A och 15B och ledningarna 18A' och 18B” tillåts. Under denna ändfas är ledning- ens 17A” ventilmedel V stängt och ingen luft levereras till kärlet A.

Under det fjärde operationssteget, vilket innefattar regenerering av kärlet A, såsom beskrivits ovan i samband med det första utfö- randet, levereras luft till kärlet B genom den första passagen 15B.

Under en mellanfas hos det fjärde operationssteget är ledningar- nas 18A' och 18B” ventilmedel V öppna liksom ledningens 21 nu u n c ; ao 10 15 o ø u u en 517 561. 13 ventil 22 , varigenom såväl syrerening från kärlet B till kärlet A via den andra passagen 16B och den första passagen 15A som syre- tillförsel från kärlet B till produktgasmottagningsmedlet 12 tillåts.

Under en ändfas hos det första operationssteget är ledningens 21 ventil 22 stängd, varigenom tryckutjämning mellan kärlet B och A via den andra passagen 16B och den första passagen 15A och ledningarna 18B", 18A” tillåts. Under denna ändfas är ledningens 17B' ventilmedel V stängt och sålunda levereras ingen luft till kärlet B.

Efter det fjärde operationssteget upprepas processen från det första till det fjärde operationssteget. Även hos detta andra utfö- rande undviks effektivt tendensen till utvecklandet av en tempe- raturgradient i kärlen A och B, eftersom produktänden i de första och andra operationsstegen kommer att vara inmatningsände vid de tredje och fjärde operationsstegen. 517-561 14 Tabell 2 Steg Fas Kärl A Kärl B 1 Huvudfas Luftmatning till 15A och syrepro- Regenerering genom evakuering duktion via 16A till mottagare av avfall genom 15B 1 Mellanfas Luftmatning till 15A och syrepro- Regenerering genom evakuering duktion via 16A till mottagare och av avfall genom 15B och syrere- för rening till kärl B ning via16B 1 Ändfas Tryckutjämning, kärl A ger syre Tryckutjämning, kärl B mottar via 16A till kärl B syre via 16B från kärl A 2 Huvudfas Regenerering genom evakuering Luftmatning till 16B och syrepro- av avfall genom 15A duktion via 15B till mottagare 2 Mellanfas Regenerering genom evakuering Luftmatning till 16B och syrepro- av avfall genom 15A och syrere- duktion via 15B till mottagare och ning via 16A för rening till kärl A 2 Ändfas Tryckutjämning, kärl A mottar Tryckutjämning, kärl B ger syre syre via 16A från kärl B via 15B till kärl A 3 Huvudfas Luftmatning till 16A och syrepro- Regenerering genom evakuering duktion via 15A till mottagaren av avfall genom 16B 3 Mellanfas Luftmatning till 16A och syrepro- Regenerering genom evakuering duktion via 15A till mottagare och av avfall genom 16B och syrere- för rening till kärl B ning via 15B 3 Ändfas Tryckutjämning, kärl A ger syre Tryckutjämning, kärl B mottar via 15A till kärl B syre via 15B från kärl A 4 Huvudfas Regenerering genom evakuering Luftmatning till 15B och syrepro- av avfall genom 16A duktion via 16B till mottagare 4 Mellanfas Regenerering genom evakuering Luftmatning till 15B och syrepro- av avfall genom 16A och syre- duktion via 16B till mottagare rening via 15A och för rening till kärl A 4 Ändfas Tryckutjämning, kärl A mottar Tryckutjämning, kärl B ger syre syre via 15A från kärl B via 16B till kärl A Fig. 4 och 5 beskriver som exempel ett kärl 31 som skall använ- das i det ovan beskrivna första eller andra utförandet. Kärlet 31 har en långsträckt, väsentligen cirkulär, cylindrisk vägg kring en vertikal centrumaxel 32, en övre ändvägg 33 och en nedre änd- 10 15 20 25 30 35 a ; . n u | o | n Q 0 nu 517 .561 15 vägg (icke visad), vilken är väsentligen sfäriskt krökt och bildar kärlets 31 bas. I kärlets 31 cylindriska vägg är en första passage 34 anordnad, vilken kan bilda den första passagen 15A och 15B i de ovan beskrivna utförandena, och en andra passage 35, vilken kan bilda den andra passagen 16A och 16B i de ovan beskrivna utförandena och vilken är diametralt motsatt den första passagen 34. Ett inneslutningsmedel 6 är anordnat i kärlet 31 för att inne- sluta en adsorbent 37 i form av en bädd av molekylära siktpartik- Iar med en storlek av approximativt 1-3 mm, såsom zeolit. Inne- slutningsmedlet 36 är definierat av en första och andra inneslut- ningspanel 38 respektive 39, av de delar hos kärlets 31 cylind- riska vägg som sträcker sig mellan de första och andra inneslut- ningspanelerna 38, 39, av en övre ändvägg 40 och en nedre änd- vägg (icke visad), vilken kan vara bildad av nämnda ändvägg hos kärlet 31. De första och andra inneslutningspanelerna 38, 39 är anordnade inuti de första respektive andra passagerna 34, 35 på ett avstånd från dessa som bildar ett flödesdistributionsutrymme 41, mellan dessa och har en inre och yttre yta som sträcker sig parallellt med centrumaxeln 32 utmed nästan hela kärlets 31 längd. De första och andra inneslutningspanelerna 38, 39 är bäg- ge perforerade för att tillåta fluidströmning genom dessa. Varje inneslutningspanel 38, 39 är krökt i en riktning till en konvex form från respektive passage 34, 35 sett. Krökningen hos varje panel 38, 39 är sådan att den har en väsentligen cirkulär, cylindrisk form med en krökningsradie 42 som är större än krökningsradien 43 hos kärlets 31 cylindriska vägg. I det beskrivna utförandet har varje inneslutningspanel 38, 39 en sådan längd, att avståndet mellan dess kontaktlinjer med den cylindriska väggen motsvarar en sida hos en fyrkant inskriven i det cylindriska kärlet 31, se fig. 5. Det bör noteras att, i stället för fyrkantformen, kan en rektangel som har två olika sidlängder inskrivas i det cylindriska kärlet 31.

Förhållandet mellan inneslutningspanelens 38, 39 radie 42 och den cylindriska kärlväggens radie 43 bör vara större än 1 och mindre än 5, företrädesvis mellan 1,2 och 3, och närmare bestämt mellan 1,5 och 2. Detta förhållande kan ligga utanför dessa om- råden om den inskrivna fyrkanten i stället har formen av en rek- tangeL 10 15 20 25 30 35 517561 16 Som framgår av fig. 5 är kärlet 31 symmetriskt format med hän- syn till ett mittenplan 44. Detta betyder att både den första pas- sagen 34 och den andra passagen 35 kan fungera som en inlopp- spassage respektive en utloppspassage under en adsorberings- fas likaväl som under en regenereringsfas. lnneslutningspanelernas 38, 39 perforeringar 45 är formade som långsträckta slitsar som är väsentligen vinkelräta mot centrum- axeln 32 och sträcker sig utmed hela bredden hos varje inneslut- ningspanel 38, 39. Perforeringarna kan bildas med hjälp av lång- sträckta metallstänger 46, som är anordnade parallellt med var- andra och med ett gap 45 mellan varje stång 46, se fig. 6. Metall- stängerna 46 är krökta med en radie som motsvarar krökningsra- dien 42. I tvärsnitt konvergerar varje stång 46 från den yta som vetter mot det partikelformade materialet 37 till den yta som vet- ter mot flödesdistributionsutrymmet 41. Sålunda är det minsta av- ståndet mellan varje stång 46 närliggande den inre yta som vetter mot adsorbenten 37. Det är uppenbart att detta avstånd måste vara mindre än storleken på adsorbentens 37 partiklar. Stängerna 46 är stöttade och hållna i lämplig position medelst långsträckta stödmedel 47, i form av en liten balk, företrädesvis svetsad mot stängerna 46.

Mellan kärlets 31 övre ändvägg 33 och inneslutningsmedlets 36 övre ändvägg 40 är ett slutet utrymme 48 anordnat. lnneslut- ningsmedlet 36 övre ändvägg 40 innefattar ett flexibelt membran.

Det stängda utrymmet 48 är förbundet med ett schematiskt visat tryckregleringsmedel 49 via ledningsmedel 50. Med hjälp av tryckregleringsmedlet 49 kan sålunda trycket i det slutna utrym- met 48 regleras så att det partikelformiga materialet innanför in- neslutningsmedlet 36 hålls i en väsentligen orörlig, fixerad posi- tion. Detta innebär att så länge som trycket i det slutna utrymmet 48 är högre än trycket i inneslutningsmedlet 36, d.v.s. bädden 37, så kan gasens strömningshastighet ökas i jämförelse med tidigare teknik, eftersom bäddens 37 partiklar är förhindrade att röra sig och börjar fluidicera på grund av tryckdifferensen. Eftersom det partikelformiga materialet 37 är orörligt och eftersom kärlet 31 är symmetriskt format med hänsyn till mittenplanet 44 kan dessutom höga strömningshastigheter tillåtas i bägge flödesriktningarna. 10 15 20 25 30 517 561~ 17 Kärlet 31 kan fungera såsom beskrivs i det följande exemplet på separation av luft. Luften introduceras genom passagen 34 och fördelas i flödesdistributionsutrymmet 41. Därifrån går luften in i adsorbentbädden 37 genom perforeringarna i den konvexa inne- slutningspanelen 38. Luften flödar genom bädden 37 så att fron- ten hos gasflödet är väsentligen plan när flödet passerar mitten- planet 44. Detta betyder att luften är uniformt distribuerad till samtliga delar av bädden 37 och samtliga av partiklarna kommer att vara lika aktiva vid adsorptionen av kväve. Det gasflöde från vilket en huvudsaklig del av kvävet har avlägsnats lämnar sedan kärlet 31 via den ytterligare inneslutningspanelen 39, grenutrym- met 41 och passagen 35. När bädden av partikelformigt material 37 inte kan adsorbera mer kväve kastas processen om och rikt- ningen hos gasflödet byts, t.ex. med hjälp av en vakuumpump (icke visad) som är förbunden med passagen 34. På grund av tryckminskningen kommer det adsorberade kvävet att lämna bäd- den 37 via inneslutningspanelen 38, grenutrymmet 41 och passa- gen 34.

Den föreliggande uppfinningen är inte begränsad till det ovan be- skrivna utförandet , utan kan varieras eller modifieras inom ramen för de följande kraven. Även om den ovan gjorda beskrivningen hänför sig till separationen av luft för att producera syre, bör det för fackmannen inom området vara uppenbart att förfarandet och anordningen enligt den föreliggande uppfinningen även kan an- vändas för framställning av andra gaser, t.ex. kväve, koldioxid, argon, etc. Dessutom kan förfarandet och anordningen enligt den föreliggande uppfinningen användas för avlägsnande av fukt, eller andra ångor, från luft eller andra gaser. u. ø n v n no

Claims (28)

10 15 20 25 30 35 u o r | e: I 517 561, 18 líateßfl

1. Förfarande för framställning av en gas, innehållande åtmins- tone en komponent, utifrån en gasblandning, medelst åtminstone ett första separationskärl (A, 31), som har en första passage (15A, 4), en andra passage (16A, 35) och en bädd (37) inuti det första kärlet, varvid förfarandet innefattar följande operationssteg: ett första steg som innefattar matning av gasblandningen till bädden via den första passagen (15A, 4) och utslåppning av ga- sen från bädden via den andra passagen (16A, 35); och ett andra steg som innefattar evakuering av en restgas från bädden via den första passagen (15A, 4); kännetecknat av ett tredje steg, vilket innefattar matning av gas- blandningen till bädden via den andra passagen (16A, 35) och utslåppning av gasen från bädden via den första passagen (15A, 4) och ett fjärde steg som innefattar evakuering av restgasen från bädden via den andra passagen (16A, 35).

2. Förfarande enligt krav 1, varvid ett andra kärl (B) som har en första passage (15B), en andra passage (16B) och en bädd (37) inuti det andra kärlet är anordnat, känneteçknat av att det första steget även innefattar evakuering av restgasen från det andra kärlets (B) bädd via dess första passage (15B), det andra steget även innefattar matning av gasblandningen till det andra kärlets (B) bädd via dess andra passage (16B), och ut- släppning av gasen från det andra kärlets (B) bädd via dess första passage (15B), det tredje steget även innefattar evakuering av restgasen från det andra kärlets (B) bädd via dess andra passage (16B), och det fjärde steget även innefattar matning av gasblandningen till det andra kärlets (B) bädd via dess första passage (15B) och ut- släppning av gasen från det andra kärlets (B) bädd via dess and- ra passage (16B).

3. Förfarande enligt krav 2, kännetecknat av att, under en mel- lanfas hos de första och tredje stegen, den från det första kärlets e I n u nu u u n u a oo 10 15 20 25 30 35 517 561; 19 (A) bädd utsläppta gasen delvis överförs till det andra kärlets (B) bädd, och under en mellanfas hos det andra och fjärde steget, den från det andra kärlets (B) bädd utsläppta gasen delvis överförs till det första kärlets (A) bädd.

4. Förfarande enligt något av kraven 2 och 3, att mellanfasen hos det första steget innefattar överföring av ga- sen från det första kärlets (A) bädd via dess andra passage (16A) till det andra kärlets (B) bädd via dess andra passage (168), det andra stegets mellanfas innefattar överföring av gasen från det andra kärlets (B) bädd via dess första passage (15B) till det första kärlets (A) bädd via dess första passage (15A), det tredje stegets mellanfas innefattar överföring av gasen från det första kärlets (A) bädd via dess första passage (15A) till det andra kärlets (B) bädd via dess första passage (15B), och det fjärde stegets mellanfas innefattar överföring av gasen från det andra kärlets (B) bädd via dess andra passage (16B) till det första kärlets (A) bädd via dess andra passage (16A).

5. Förfarande enligt något av kraven 3 och 4, kannataaknat av att varje steg avslutas av en ändfas som innefattar en tryckutjäm- ning mellan det första (A) och andra (B) kärlet.

6. Förfarande enligt något av de föregående kraven, kanna; taaknat av att matningen av gasblandningen till bädden (37) inne- fattar adsorption av restgasen medelst en i bädden inhyst adsor- bent.

7. Förfarande enligt krav 6, kännataaknat av att adsorbenten innefattar ett partikelformigt material, företrädesvis zeoliter.

8. Förfarande enligt något av de föregående kraven, kanna; taaknat av att gasblandningen är luft, varvid gasen är huvudsakli- gen syre och restgasen huvudsakligen är kväve.

9. Förfarande enligt något av de föregående kraven, känna; taaknat av att temperaturen hos den gasblandning som skall ma- 10 15 20 25 30 35 51720561» tas till separationskärlet (A, B) regleras så att en optimal tempe- raturnivå bibehålls i bädden.

10. Anordning för framställning av en gas, innehållande åt- minstone en komponent, utifrån en gasblandning, innefattande åtminstone ett första kärl (A, 31) som har en första passage (15A, 4), en andra passage (16A, 35) och en separationsbädd (37) inuti det första kärlet, källmedel (10), anordnade för att leverera gasblandningen till det första kärlets (A, 31) bädd, mottagningsmedel (12), anordnade att mottaga gasen från det första kärlets (A, 31) bädd, och första lednlngsmedel (17A', 18A”), anordnade att förbinda käll- medlet (10) med bädden (37) via den första passagen (15A) och bädden via den andra passagen (16A) med mottagningsmedlen (12), kännetecknad av andra lednlngsmedel (17A", 18A'), anordnade att förbinda källmedlen (10) med bädden (37) via den andra pas- sagen (16A) och bädden via den första passagen (15A) med mottagningsmedlen (12).

11. Anordning enligt krav 10, känneteçknad av andra mottag- ningsmedel (14), anordnade att mottaga en restgas från det första kärlets (A) bädd, tredje lednlngsmedel (19A'), anordnade att förbinda det första kärlets (A) bädd via dess första passage (15A) med de andra mottagningsmedlen (14), och fjärde lednlngsmedel (19A”), anordnade att förbinda det första kärlets bädd via dess andra passage (16A) med de andra mottag- ningsmedlen (14).

12. Anordning enligt krav 11, ventilmedel (V), anordnade att omväxlande aktivera de första ledningsmedlen (17A', 18A“) under ett första operationssteg, aktivera de tredje ledningsmedlen (19A') under ett andra ope- rationssteg, aktivera de andra ledningsmedlen (17A“, 18A') under ett tredje operationssteg, och 10 15 20 25 30 35 | c o a en u 561. 517 21 aktivera de fjärde ledningsmedlen (19A”) under ett fjärde ope- rationssteg.

13. Anordning enligt något av kraven 10-12, ett andra separationskärl (B), som har en första passage (15B), en andra passage (16B) och en separationsbädd (37) inuti det andra kärlet, femte ledningsmedel (17B”, 18B'), anordnade att förbinda käll- medlen (10) med det andra kärlets (B) bädd via dettas andra pas- sage (16B) och det andra kärlets (B) bädd via dettas första pas- sage (15B) med mottagningsmedlen (12), och sjätte ledningsmedel (17B”, 18B"), anordnade att förbinda käll- medlen med det andra kärlets (B) bädd via dettas första passage (15B) och det andra kärlets (B) bädd via dettas andra passage (16B) med mottagningsmedlen (12).

14. Anordning enligt kraven 11 och 13, kähnetegknag av sjunde ledningsmedel (19B'), anordnade att förbinda det andra kärlets (B) bädd via dettas första passage (15B) med de andra mottagnings- medlen (14), och åttonde ledningsmedel (19B"), anordnade att förbinda det andra kärlets (B) bädd via dettas andra passage (16B) med de andra mottagningsmedlen (14).

15. Anordning enligt kraven 12 och 14, kännetecknad av att ventilmedlet (V) är anordnat att alternativt aktivera de första och sjunde ledningsmedlen (17A”, 18A", 19B') under det första operationssteget, aktivera de tredje och femte ledningsmedlen (19A'; 17B”, 18B') under det andra operationssteget, aktivera de andra och åttonde ledningsmedlen (17A”, 18A'; 19B") under det tredje operationssteget, och aktivera de fjärde och sjätte ledningsmedlen (19A”; 17B”, 18B") under det fjärde operationssteget.

16. Anordning enligt något av kraven 13-15, känneteçknad av nionde ledningsmedel (18A", 18B"), vilka förbinder det första och andra kärlet (A, B) via dessas respektive andra och andra pas- sage (16A, 16B), o n n Q oo 10 15 20 25 30 35 - n c u n. o 517-561 22 tionde ledningsmedel (18A”, 18B'), vilka förbinder det första och andra kärlet (A, B) via dessas andra respektive första pas- sage (16A, 15B), elfte ledningsmedel (18A', 18B'), vilka förbinder det första och andra kärlet (A, B) via dessas första respektive första passage (15A, 15B), och tolfte ledningsmedel (18A', 18B”), vilka förbinder det första och andra kärlet (A, B) via dessas första respektive andra passage (15A, 168).

17. Anordning enligt kraven 15 och 16, kännatagknad av att ventilmedlet (V) är anordnat att aktivera de nionde till tolfte led- ningsmedlen (18A", 18B“; 18A", 18B'; 18A', 18B'; 18A', 18A”) un- der en ändfas hos det första, andra, tredje respektive fjärde ope- rationssteget.

18. Anordning enligt krav 17, kännataçknad av att ventilmedlet 22 är anordnat att stänga av de första till åttonde ledningsmedlen under en avslutningsperiod av ändfasen hos det första, andra, tredje respektive fjärde operationssteget.

19. Anordning enligt något av kraven 10-18, att källmedlet 10 innefattar en pumpanordning (11) för att levere- rera gasblandningen till bädden (37) så att ett relativt högt tryck, företrädesvis över atmosfärsnivån, uppnås i bädden.

20. Anordning enligt kraven 11och 19, kannataçknad av att mottagningsmedlet (14) innefattar en vacuumpumpanordning (13), anordnad att evakuera restgasen från bädden (37) så att ett relativt lågt tryck, företrädesvis under atmosfärsnlvån, uppnås i bädden.

21. Anordning enligt något av kraven 10-20, att källmedlet (10) innefattar ett temperaturregleringsmedel (20) för att reglera temperaturen hos den gasblandning, som skall le- vereras till bädden (37).

22. Anordning enligt något av kraven 10-21, att de första och andra passagerna (15A, 15B, 34; 16A, 16B, 36) u o ø o no 10 15 20 25 30 35 517 2§61- och kärlets (A, B, 31) separationsbädd 37 är symmetriskt anord- nade med hänsyn till ett mittplan (44) hos kärlet.

23. Anordning enligt något av kraven 10-22, att kärlet (A, B, 31) har en huvudsakligen cirkulär, cylindrisk form kring en centrumaxel (32), den första passagen (34) är anordnad i kärlets cylindriska vägg, den andra passagen (35) är anordnad i kärlets cylindriska vägg vid en diametralt motsatt del därav, bäd- den (37) är innesluten av inneslutningsmedel (36), som innefattar en första och andra inneslutningspanel (38, 39), vilka är anord- nade invändigt om den första respektive andra passagen på ett avstånd därifrån för att tillhandahålla ett flödesdistributionsut- rymme (41) däremellan och är perforerade (45) för att tillåta fluid- flöde därigenom, och att var och en av inneslutningspanelerna (38, 39) har en ytteryta som är väsentligen parallell med centrum- axeln (32) och konvex sett från den respektive passagen (34, 35; 15A,16A;15B,16B).

24. Anordning enligt krav 23, känneteçknad av att var och en av de konvexa panelerna (38, 39) har en väsentligen cirkulär, cylind- risk form med en krökningsradie (42) som är större än kröknings- radien (43) hos kärlets cylindriska vägg.

25. Anordning enligt något av kraven 22 och 24, av att inneslutningsmedlet (36) innefattar två inneslutningsväg- gar, vilka var och en är bildade av en del av kärlets (A, B, 31) cy- lindriska vägg och sträcker sig mellan de första och andra inne- slutningspanelerna (38, 39).

26. Anordning enligt något av kraven 22- 24, att inneslutningsmedlet (36) innefattar en flexibel ändvägg (40) som är anordnad att tvingas mot bädden (37) av partikelformigt material för att kvarhålla materialet i en väsentligen orörlig posi- tion.

27. Anordning enligt något av kraven 23-26, att centrumaxeln (32) är riktad i en väsentligen vertikal oriente- ring. ø o o ø nu n ~ n A ; .u 517 - 561 ÉII=§II§ =II§ 'I= 24 . - . e u . u ~ n' f..

28. Anordning enligt något av de föregående kraven, flkämlfi: att bädden (37) innefattar en adsorbent i form av ett partikelformigt material, såsom molekylära siktpartiklar.