DE3040495C2

DE3040495C2 - Ventilsteuerung

Info

Publication number: DE3040495C2
Application number: DE3040495A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl.-Ing. 8000 München Asztalos
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1980-10-28
Filing date: 1980-10-28
Publication date: 1986-10-23
Also published as: US4360362A; DE3040495A1

Description

Die Erfindung betrifft eine zyklisch arbeitende Druckwechseladsorptionsanlage zur Reinigung und Zerlegung von Gasen mit mehreren Adsorbern, deren jeweilige E;nlaßenden mit den Rohrgasleitung und deren jeweilige Auslaßenden mit der Produktgasleitung jeweils über mit Ventilen ausgestatteten Rohrleitungen verbunden sind, wobei die Adsorber auch untereinander durch ebenfalls mit Ventilen ausgestatteten Druckausgleichsleitungen bzw. Spülleitungen verbunden sind.

Zur Reinigung und Zerlegung von Gasen gewinnen die Druckwechseladsorptionsverfahren mit bis zu Adsorbern wegen ihrer großen Effektivität immer mehr an Bedeutung (DE-OS 26 24 346). Jedem der Adsorber sind bei der bekannten Anlage sechs Ventile zugeordnet, von denen zwei als einfache Auf-Zu-Ventile (Eingangs- bzw. Ausgangsventile) und vier als Steuerventile ausgebildet sind.

Bei dem bekannten Verfahren gelangt Rohgas über te Komponenten freigesetzt werden. Die ersten Entspannungsschritte werden durch Druckausgleich über die entsprechenden Steuerventile mit anderen, auf niedrigeren Drücken befindlichen Adsorbern durchgeführt, die dadurch wieder auf einen gewissen Druck gebracht werden. Das bei der letzten Entspannungsstufe anfallende Gas wird als Restgas abgezogen. An diesen Verfahrensschritt schließt sich zur Entfernung aller adsorbierten Komponenten aus dem Adsorbens eine Gegen-

;o Stromspülung an. Schließlich folgen mehrere Druckaufbauschritte, die zum überwiegenden Teil durch Druckausgleich über Steuerventile mit anderen, auf höheren Drücken befindlichen Adsorbern stattfinden, wobei die letzte Druckerhöhung auf Adsorptionsdruck über das Eingangsventil mit Produktgas erfolgt Die Taktzeiten betragen dabei manchmal nur einige Sekunden.

Zur Erlangung dieser kurzen Taktzeiten kommt insbesondere auch den Steuerventilen große Bedeutung zu. Bislang war jedes dieser Ventile zur Ansteuerung mit einer eigenen elektrischen Signalquelle, z. B. einem analogen Strom-Geber, einer elektrischen Signalleitung für analoge Signale und einer Umformereinrichtung für das Umformen der elektrischen Analogsignale in pneumatische Signale ausgestattet Bei der bekannten 9 Bett-Druckwechseladsorptionsanlage mit 36 Steuerventilen erfordert diese Lösung 36 Mal die vorgenannten Einrichtungen, was mit einem sehr großen Kostenaufwand verbunden ist und große Schadenanfälligkeit in sich birgt.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstige und einfache Steuervorrichtung für Ventile zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für sämtliche an einer Druckausgleichsleitung befindlichen Steuerventile eine gemeinsame elektrische Signalquelle und eine gemeinsame pneumatische Signalleitung vorgesehen ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist also nicht mehr jedes einzelne Ventil mit einer elektrischen Signalquelle und einer pneumatischen Signalleitung versehen, sondern für alle Steuerventile einer Druckausgleichsleitung ist eine gemeinsame elektrische Signalquelle und eine gemeinsame pneumatische Signalleitung vorgesehen. Im Fall einer 9 Bett-Druckwechseladsorptionsanlage mit 9 Steuerventilen in jeder der 3 Druckausgleichsleitungen und der Restgasleitung erfordert diese Lösung also nur 4 Mal die erfindungsgemäße Einrichtung. Dadurch wird der Kostenaufwand erheblich gesenkt und die Anfälligkeit gegenüber Defekten vermindert sich beträchtlich.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, daß ein Steuerventil wesentlich schneller schließen kann als bei der bisherigen Vorrichtung, da für das Schließen eines Ventils die Signalleitung des Stellungreglers über ein Dreiwegmagnetventil auf 0 bar entlüftet wird.

Die Signalleitung besteht gemäß einer Ausgestaltungsform der Erfindung aus einem analogen Strom-Geber und einem Strom-Druck-Wandler. Der analoge Strom-Geber liefert dabei ein Stromsignal von bei-

nuauiui;i, in

leichter adsorbierbaren Komponenten festgehalten werden, während die schwerer adsorbierbaren Komponenten die Anlage über ein Ausgangsventil als Produktgasstrom verlassen. An die bei höherem Druck erfolgende Adsorption schließen sich mehrere Entspannungsschritte an, durch die das in den Hohlräumen des Adsorptionsmittels befindliche Gas und auch adsorbier-Wandler in ein pneumatisches Signal in der Größenordnung von 0,2 bis 1,0 bar umgeformt wird.

Jedes Steuerventil ist nach einer weiteren Ausführungsform mit einem pneumatischen Antrieb, einem Stellungsregler, einem Dreiwegmagnetventil und einem Schalter, bevorzugt einem Digital-Ausgang, ausgestattet, wobei die Digital-Ausgänge an einem Prozeßrech-

ner angeschlossen sind.

Ebenso kann der analoge Strom-Geber an einem Prozeßrechner angeschlossen und als analoger Strom-Ausgang ausgebildet sein.

Soll ein Ventil mit einem variablen analogen Signal angesteuert werden, so wird der Signaleingang des Stellungsreglers über ein Dreiwegmagnetventil an die gemeinsame pneumatische Signalleitung angeschlossen, wobei hierfür der Stromkreis des Dreiwegmagnetventils durch einen Digital-Ausgang des Prozeßrechners geschlossen werden muß. Dann wirkt der Druck in der pneumatischen Signalleitung am Eingang des Stellungsreglers, der dafür sorgt, daß das Ventil in gewünschter Weise geöffnet wird. Soli ein Ventil geschlossen werden, so muß der Stromkreis des Dreiwegmagnetventils unterbrochen werden und somit der Signaleingang des Stellungsreglers vollständig auf Umgebungsdruck entlüftet werden.

Durch die erfindungsgemäße Steuervorrichtung ist eine große Dichtigkeit und ein sehr schnelles Öffnen bzw. Schließen der Steuerventile möglich.

Im folgenden soll die erfindungsgemäße Steuervorrichtung anhand zweier schematischer Darstellungen näher erläutert werden. Dabei zeigt

F i g. 1 eine Druckwechseladsorptionsanlage;

F i g. 2 die Steuervorrichtung für Ventile einer Druckausgleichsleitung.

In Fig. 1 der gezeigten Anlage sind neun Adsorber mit den Ziffern 1 bis 9 gekennzeichnet und die dem Adsorber 1 zugeordneten Ventile mit 11 bis 16, die dem Adsorber 2 zugeordneten Ventile mit 21 bis 26 usw, wobei die Ventile 13 bis 16 bzw. 23 bis 26 usw. Steuerventile bezeichnen. 101 ist ein Ausgleichsbehälter, 102 und 103 sind zusätzliche Ventile. Mit 104, 105, 106 und 107 sind Leitungen bezeichnet.

Das Rohgas gelangt in den Adsorber 1 durch Leitung 107 und Ventil 11. Im Adsorber 1 werden die leichter adsorbierbaren Komponenten festgehalten, während die schwerer adsorbierbaren Komponenten die Anlage über das Ventil 12 und die Leitung 104 verlassen. Nach beendeter Adsorption wird der Rohgasstrom auf einen anderen Adsorber umgeschaltet und im Adsorber 1 der Druck auf einen ersten Zwischendruck gesenkt Dies geschieht durch Druckausgleich mit dem Adsorber 5 durch Öffnung der Ventile 13 und 53. Anschließend wird der Druck im Adsorber 1 auf einen zweiten Zwischendruck gesenkt und zwar durch Druckausgleich mit dem Adsorber 6 über dir Ventile 13 und 63. Während dieser beiden Drucksenkungen im Adsorber 1, die in Adsorptionsrichtung erfolgen, wird der Druck im Adsorber 1 durch Öffnung der Ventile 16 und 84 weiter gesenkt. Das Gas aus dem Adsorber 1 strömt dabei durch den Adsorber 8, der dabei von zuvor adsorbierten Komponenten freigespült wird. Das sich ausbildende Gasgemisch gelangt über Leitung 106 in den Ausgleichsbehälter 101. Anschließend wird das Ventil 84 geschlossen und zwischen den Adsorbern 1 und 8 ein endgültiger Druckausgleich herbeigeführt, wobei der Druck im Adsorber 8 ansteigt Schließlich findet im Adsorber 1 eine letzte Drucksenkung auf den Regenerierdruck statt, und zwar im Gegenstrom zur Adsorptionsrichtung durch Öffnung des Ventils 1, wodurch Gas in den Restgasbehälter 101 strömt.

Zur Entfernung der danach noch verbliebenen adsorbierten Bestandteile vom Adsorbens wird dazu Adsorber 1 bei niedrigerem Druck gespült. Für diesen Zweck wird Gas aus dem Adsorber 3 di'rch Öffnung des Ventils 36 in den Adsorber I geleitet und das entstehende Gasgemisch durch Öffnung des Ventils 14 in die Restgasleitung 105 gegeben.

Die sich an die Spülung anschließende Erhöhung des Druckes in den Adsorbern wird in vier Schritten vorgenommen. Zu diesem Zweck wird der Adsorber 1 durch Schließring des Ventils 14 bei weiterhin geöffnetem Ventil 36 mit dem Adsorber 3 in Druckausgleich gebracht. Dann erfolgt ein zweiter Druckausgleich mit dem Adsorber 5 durch Öffnen der Ventile 53 und 13. Es schließt sich ein Druckausgleich mit dem Adsorber 6 an, in dem bei weiterhin geöffnetem Ventil 13 dessen Ventil 63 geöffnet wird. Gleichzeitig wird ein Teil des durch Leitung 104 fließenden Produktes durch Öffnung des Ventils 102 abgeleitet, das nach Öffnung des Ventils 15 in den Adsorber 1 gelangt. Als letzter Druckerhöhungsschritt wird die Verbindung mit dem Adsorber 6 unterbrochen und Gas aus der Leitung 104 bis zur Erreichung des Adsorptionsdruckes in den Adsorber 1 hineingedrückt

In dieser Adsorberanlage sind die drei mit den Steuerventilen 13,23,33... bzw. 15,25,35... bzw. 16,26,36... ausgestatteten Leitungen Druckausgleichsleitungen und die mit den Steuerventilen 14,24,34... ausgestattete Leitung eine Restgasleitung.

In F i g. 2 ist die erfindungsgemäße Steuervorrichtung für die Ventile 13,23,33 usw. einer Druckausgleichsleitung gezeigt. Die Steuer/orrichtung für die Steuerventile der weiteren Druckausgleichsleitungen soll entsprechend verstanden werden.

Das Ventil 13 ist dabei über eine Ventilspindel 111 mit einem pneumatischen Antrieb 112, einem Stellungsregler 111 und über eine Signalleitung 114 mit einem Dreiwegmagnetventil 115 verbunden. Entsprechend ist Ventil 23 über eine Ventilspindel 211 mit einem pneumatisehen Antrieb 212, einem Stellungsregler 213 und über eine Signalleitung 214 mit einem Dreiwegmagnetventil 215 verbunden, ebenso Ventil 33.

Die Dreiwegmagnetventile 115, 215, 315 selbst sind jeweils über eine Magnetspule und eine elektrische Leitung mit einem Schalter 116, 216, 316 verbunden, der wiederum als Digital-Ausgang ausgebildet sein kann und an einen Prozeßrechner angeschlossen ist. Außerdem stehen die Dreiwegmagnetventile 115, 215, 315 über eine gemeinsame pneumatische Signalleitung 117 mit einem I/P-Wandler 118 in Verbindung, der seinerseits über eine elektrische Signalleitung 119 an einen analogen Strom-Geber 120 angeschlossen ist.

Der analoge Strom-Geber 120 liefert ein Stromsignal von z. B. 4 bis 20 mA. Dieses Signal wird im I/P-Wandler 18 in ein pneumatisches Signal von ca. 0,2 bis 1 bar umgeformt und liegt in Leitung 117 an. Liefert z. B. der Analog-Strom-Geber5 einen Strom von 12 mA, so wird dieser im I/P-Wandler 118 in ein pneumatisches Signal von 0,6 bar umgewandelt, wodurch das Steuerventil 13 auf 50% seines maximalen Hubes öffnet. Erhält die zum Magnetventil 115 gehörende Magnetspule dann über Schalter 116 von dem Prozeßrechner das Signal »Stromkreis geschlossen«, aktiviert die Spule das Magnetventil 115, so daß dieses auf Durchlaß von 117 auf 114 schaltet und der Druck sich über Leitung 114 bis zum Steliungsregler 113 ausbreitet. In diesem StellijngS-regler 113 wird der Druck auf 0 bis 6 bar verstärkt und somit der pneumatische Antrieb 112 veranlaßt, über die Ventils^ndel 111 das Steuerventil 13 zu öffnen. Kommt von dem Prozeßrechner über Schalter 116 das Signal »Stromkreis unterbrochen«, so ist das Dreiwegmagnetvcntil 115 nicht aktiv, entlüftet die Signalleitung 114 des Stellungsreglers in Leitung 121 und schließt damit das

Steuerventil i:t. :

Entsprechendes gilt sinngemäß für die Steuerventile
und 33. l·,

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

ic

20

25

³⁰

35

40

45

50

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Zyklisch arbeitende Druckwechseladsorptionsanlage zur Reinigung und Zerlegung von Gasen mit mehreren Adsorbens deren jeweilige Einlaßenden mit der Rohrgasleitung und deren jeweilige Auslaßenden mit der Produktgasleitung jeweils über mit Ventilen ausgestatteten Rohrleitungen verbunden sind, wobei die Adsorber auch untereinander durch ebenfalls mit Ventilen ausgestatteten Druckausgleichsleitungen bzw. Spülleitungen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß für sämtliche an einer Druckausgleichsleitung befindlichen Steuerventile eine gemeinsame elektrische Signalquelle und eine gemeinsame pneumatische Signalleitung vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Signalquelle aus einem analogen Stromgeber und einem Strom-Druck-Wandler besteht

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Steuerventil ein Antrieb, ein Stellungsregler, ein Dreiwegmagnetventil und ein Schalter vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter als Digital-Ausgang ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Digital-Ausgänge an einem Prozeßrechner angeschlossen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der analoge Strom-Geber an einem Prozeßrechner angeschlossen und als ein analoger Strom-Ausgang ausgebildet ist.