DE10220322C1 - Gas distributor used in the recovery of hydrogen from gases by pressure swing adsorption, comprises adsorbers connected to a central shaft via gas lines - Google Patents
Gas distributor used in the recovery of hydrogen from gases by pressure swing adsorption, comprises adsorbers connected to a central shaft via gas linesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Gasverteiler zum Einsatz bei der Gewinnung von Wasserstoff aus Wasserstoff enthaltenden Gasen mittels Druckwechseladsorp tion.The invention relates to a gas distributor for use in the extraction of Hydrogen from gases containing hydrogen by means of pressure swing adsorb tion.
Ein derartiger Gasverteiler zählt durch die EP 0 115 335 A2 zum Stand der Technik. Er dient der Zufuhr von Rohgas zu einem Adsorber, zur Überführung von Wasserstoff aus diesem Adsorber in eine Produktleitung, zum Füllen eines Adsorbers mit Produktgas, zur Durchführung eines Druckausgleichs zwischen zwei Adsorbern, zum Spülen eines Adsorbers und zur Abführung von Restgas. Dazu ist der Gasverteiler über Gasleitungen mit vier Adsorbern verbunden.Such a gas distributor is part of EP 0 115 335 A2 Technology. It is used to supply raw gas to an adsorber, for transfer of hydrogen from this adsorber into a product line, to fill one Adsorbers with product gas, to carry out a pressure equalization between two adsorbers, for purging an adsorber and for removing residual gas. For this purpose, the gas distributor is connected to four adsorbers via gas lines.
Um die verschiedenen Zyklenschritte der Adsorber durchführen zu können, weist der bekannte Gasverteiler innerhalb eines horizontal geteilten Gehäuses eine geteilte Zentralwelle auf, wobei jeder Längenabschnitt der Zentralwelle mit einer genuteten Verteilerscheibe drehfest verbunden ist. Die Verteilerscheiben werden großflächig durch Federn, Kugeln und Faltenbälge gegen ebenfalls ge nutete Platten gepresst, die innerhalb des Gehäuses im Abstand zueinander fixiert sind. Auf den einander zugewandten Seiten sind die fixierten Platten mit Anschlüssen versehen, welche über die Gasleitungen mit den Adsorbern, mit einer Rohgaszuleitung, einer Produktleitung und einer Restgasleitung verbun den sind.In order to be able to carry out the various cycle steps of the adsorbers, the known gas distributor has within a horizontally divided housing a split central shaft, with each longitudinal section of the central shaft with a grooved distributor disc is rotatably connected. The distributor disks are also against ge by springs, balls and bellows nutete plates pressed inside the housing at a distance from each other are fixed. The fixed plates are on the sides facing each other Provide connections with the adsorbers via the gas lines a raw gas supply line, a product line and a residual gas line that are.
Durch den Gesamtaufbau des Gasverteilers ist es notwendig, nicht nur die Zentralwelle, sondern auch das Gehäuse zu teilen. Damit ist eine sehr genaue Bearbeitung aller einander anzupassenden Teile notwendig, die dann bei der Montage exakt miteinander verbunden und justiert werden müssen. Der ferti gungs- und montagetechnische Aufwand ist hoch.Due to the overall structure of the gas distributor, it is not only necessary Central shaft, but also to share the housing. This is a very accurate one Machining of all parts to be adapted to each other, which are then at Assembly must be precisely connected and adjusted. The ferti engineering and assembly costs are high.
Des Weiteren ist durch die große radiale Erstreckung der Verteilerscheiben und Platten mit den darin vorgesehenen Nutanordnungen festzustellen, dass der Raum für die Anschlüsse zu den Adsorbern zwangsläufig großzügig bemessen sein muss.Furthermore, due to the large radial extension of the distributor disks and Plates with the groove arrangements provided therein that the Space for the connections to the adsorbers is necessarily generous have to be.
Der durch die verschiedenen Andruckmittel hervorgerufene Verschleiß der großflächig aufeinander liegenden Verteilerscheiben und Platten ist hoch. Mit hin ist ein entsprechender Wartungsaufwand nicht zu vermeiden. Auch sind zwischen den einzelnen Nutanordnungen noch Überwachungskanäle vorgese hen, über welche eine Leckage festgestellt werden kann. Hierdurch wird der Aufwand noch weiter erhöht.The wear caused by the different pressure means Large distribution disks and plates lying on top of each other are high. with A corresponding maintenance effort cannot be avoided. Also are Monitoring channels provided between the individual groove arrangements through which a leak can be determined. This will make the Effort increased even further.
Durch den Antrieb der Zentralwelle über einen einzigen Motor ist eine ver gleichsweise aufwändige Steuerung mit entsprechenden Taktzeiten notwendig. Da die Verteilerscheiben und Platten aneinander gedrückt werden und hierfür ein hoher Anpressdruck erforderlich ist, müssen zwangsläufig die Taktzeiten großzügig bemessen werden, um die diversen Zyklenschritte der Adsorber si cherstellen zu können.By driving the central shaft via a single motor, a ver equally complex control with corresponding cycle times necessary. Because the distributor disks and plates are pressed together and for this A high contact pressure is required, the cycle times are inevitable be generously dimensioned to accommodate the various cycle steps of the adsorbers to be able to create.
Der Erfindung liegt - ausgehend vom Stand der Technik - die Aufgabe zugrunde, einen Gasverteiler zum Einsatz bei der Gewinnung von Wasserstoff aus Wasserstoff enthaltenden Gasen mittels Druckwechseladsorption zu schaffen, der einfacher aufgebaut ist, kürzere Zyklen der diversen Beaufschla gungen der Adsorber erlaubt und einen geringeren Wartungsaufwand erfordert.The object of the invention is based on the prior art based on a gas distributor for use in the production of hydrogen from hydrogen-containing gases by means of pressure swing adsorption create, which is constructed more simply, shorter cycles of the various Beaufschla conditions of the adsorber and requires less maintenance.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.This object is achieved with the features specified in claim 1 solved.
Durch die Einbeziehung von nunmehr fünf statt der bislang üblichen vier Ad sorber in den Gewinnungszyklus kann die Ausbeute an Wasserstoff um ca. 6% gesteigert werden. Des Weiteren ist durch die gezielte Strömungsführung im Innern der Verteilergehäuse dafür Sorge getragen, dass die Anzahl von Pro zessschritten pro Adsorber und damit die Anzahl von Kopplungen zwischen den Adsorbern beibehalten werden kann, um die mechanische Belastung der Dichtmaterialien im Gasverteiler gering zu halten. Die Verwendung von min destens fünf Adsorbern führt darüber hinaus zu geringeren Konzentrations- und Druckschwankungen im Restgas des Druckwechseladsorptionsprozesses (DWA-Prozess), was Vorteile bei Anwendungen bietet, in denen eine Weiterverarbeitung des Restgases vorgesehen ist, zum Beispiel zur Brennerunterfeuerung in Dampfreformierungsanlagen. Zusätzlich wird die mechanische Belastung der Materialien durch geringere Druckschwankungen im Gasverteiler reduziert.By including now five instead of the usual four ad sorber in the recovery cycle, the yield of hydrogen can increase by about 6% be increased. Furthermore, due to the targeted flow control in the Inside the junction box ensured that the number of Pro steps per adsorber and thus the number of couplings between the adsorbers can be maintained to withstand the mechanical stress of the To keep sealing materials in the gas distributor low. The use of min at least five adsorbers also leads to lower concentration and Pressure fluctuations in the residual gas of the pressure swing adsorption process (DWA process), which offers advantages in applications in which one Further processing of the residual gas is provided, for example for Burner underfiring in steam reforming plants. In addition, the mechanical stress on the materials due to lower pressure fluctuations reduced in the gas distributor.
Die Erfindung erlaubt schnelle Schaltvorgänge, um die Zykluszeiten zu reduzie ren. Kürzere Zykluszeiten führen zu größeren Produktivitäten und damit zu kompakteren Adsorbern. Dies wird dadurch erreicht, dass die Zentralwelle in ihrem mittleren Längenabschnitt unter dem Einfluss von drei unabhängig von einander axial wirksamen, mit ihren Längsachsen zur Zentralwelle tangential ausgerichteten und mit einer Steuerung sowie Rasteinheiten gekoppelten Stell antrieben steht. Ein derartiger diskontinuierlicher Antrieb mit zusätzlicher me chanischer Wegbegrenzung führt zu äußerster Schaltpräzision sowie zu extrem kurzen Schaltvorgängen. Dies verhindert einen möglichen Effektivitätsverlust des DWA-Prozesses durch lange Überlappungszeiten. Der Steuerungsaufwand wird durch die Unterteilung in drei parallel angeordnete Einzelantriebe redu ziert.The invention allows fast switching operations to reduce the cycle times Ren. Shorter cycle times lead to greater productivity and thus to more compact adsorbers. This is achieved by the central shaft in their middle length section under the influence of three regardless of mutually axially effective, with their longitudinal axes tangential to the central shaft aligned and coupled with a control and locking units drives stands. Such a discontinuous drive with additional me Chanian path limitation leads to extreme switching precision and extreme short switching operations. This prevents a possible loss of effectiveness of the DWA process due to long overlap times. The control effort is reduced by the subdivision into three individual drives arranged in parallel ed.
Durch die Zuordnung von sich an den Verteilerscheiben federnd nachgiebig sowie gleitend und dicht abstützenden einzelnen Überführungshülsen zu den zu den Adsorbern führenden Anschlüssen der Gasleitungen wird eine sehr hohe Standzeit mit vernachlässigbarer Gasleckage erreicht. Damit ist auch ein Einsatz bei der Gewinnung von leicht flüchtigem Wasserstoff gewährleistet.By assigning itself to the distributor disks resiliently as well as sliding and tightly supporting individual transfer sleeves to the connections to the gas lines leading to the adsorbers become a very long service life achieved with negligible gas leakage. That is also a Guaranteed use in the production of volatile hydrogen.
Die Zuführung und Abführung der diversen Gase erfolgt grundsätzlich stirnsei tig des Gasverteilers. Hiermit ist eine deutliche Reduzierung der radialen Erstreckung verbunden. Der Gasverteiler kann senkrecht oder waagerecht an geordnet werden.The supply and discharge of the various gases is always frontal of the gas distributor. This is a significant reduction in radial Extension connected. The gas distributor can be mounted vertically or horizontally be ordered.
Von Bedeutung ist ferner die Anordnung und Gestaltung der Überleiteinrichtun gen. Die am einen Ende in einem Verteilergehäuse vorgesehene Überleitein richtung mit ebenfalls einer mit der Zentralwelle drehfest verbundenen und mit drei Koppelleitungen ausgestatteten Verteilerscheibe steuert die Zuführung des Rohgases in die Adsorber sowie die Abführung des Restgases aus den Adsor bern. Die in dem Gasverteiler am anderen Ende in einem Verteilergehäuse vorgesehene Überleiteinrichtung besitzt ebenfalls eine mit der Zentralwelle drehfest verbundene, mit fünf Koppelleitungen ausgestattete Verteilerscheibe, welche das Abführen des Produktgases aus einem Adsorber, den Druckaus gleich zwischen zwei Adsorbern, den Spülgasstrom zwischen zwei Adsorbern und das Füllen jedes Adsorbers mit Produktgas erlaubt.The arrangement and design of the transfer device is also important gen. The transfer provided at one end in a distributor housing direction also with a rotationally fixed to the central shaft and with three coupling lines equipped distribution disc controls the supply of the Raw gas in the adsorber and the removal of the residual gas from the adsorber Bern. The one in the gas distributor at the other end in a distributor housing The provided transfer device also has one with the central shaft non-rotatably connected distributor disc equipped with five coupling lines, which removes the product gas from an adsorber, the pressure immediately between two adsorbers, the purge gas flow between two adsorbers and allows each adsorber to be filled with product gas.
Die Integration von drei Stellantrieben sowie drei den Stellantrieben zugeord neten Verriegelungen ist bedingt durch die Anordnung von fünf Adsorbern, wo durch die Prozessschritte in drei Einzelschritte aufgeteilt werden, die sich für alle fünf Adsorber dann entsprechend wiederholen. Ein kompletter Zyklus über alle fünf Adsorber umfasst mithin fünfzehn Einzelschritte. The integration of three actuators and three associated with the actuators Neten locks is due to the arrangement of five adsorbers, where divided by the process steps into three individual steps that are suitable for then repeat all five adsorbers accordingly. A complete cycle over all five adsorbers therefore comprise fifteen individual steps.
Eine höhere Anzahl von Adsorbern verlangt lediglich eine entsprechende An zahl an Überführungshülsen und Koppelleitungen.A higher number of adsorbers only requires a corresponding type number of transfer sleeves and coupling lines.
Die Stellantriebe zum schrittweisen Drehen der Zentralwelle und damit der Verteilerscheiben sind nach Patentanspruch 2 bevorzugt pneumatisch beauf schlagt. Diese Maßnahme ist steuerungstechnisch günstig und mit nur gerin gem Installationsaufwand durchführbar. Es können handelsübliche axial wirk same Kolben-Zylinder-Einrichtungen eingesetzt werden.The actuators for gradually rotating the central shaft and thus the Distribution disks are preferably pneumatically actuated according to claim 2 beat. This measure is favorable in terms of control technology and is only low feasible according to installation effort. Commercially available axially acting same piston-cylinder devices are used.
Auch die Rasteinheiten, welche die jeweilige Positionierung der Zentralwelle und der Verteilerscheiben gewährleisten, sind nach Patentanspruch 3 insbe sondere durch pneumatisch beaufschlagbare Verriegelungen gebildet. Hierbei kann es sich ebenfalls um axial wirksame Kolben-Zylinder-Einrichtungen in handelsüblicher Bauweise handeln.Also the locking units, which the respective positioning of the central shaft and ensure the distributor disks are in particular according to claim 3 formed especially by pneumatically actuated locks. in this connection can also be axially effective piston-cylinder devices in trade standard construction.
Wenn gemäß Patentanspruch 4 die Stellantriebe und die Rasteinheiten mit zwischen auf der Zentralwelle befestigten Scheiben angeordneten Bolzen zu sammenwirken, so führt dies zu einer einfachen Bauweise. Die Scheiben sind umfangsseitig einer Traghülse befestigt, die auf der Zentralwelle festgelegt werden kann. Zwischen die Scheiben sind sich parallel zur Zentralwelle er streckende Bolzen eingegliedert. Aufgrund der fünfzehn Zyklenschritte handelt es sich bei fünf Adsorbern um fünfzehn Bolzen. Die Stellantriebe wirken dann tangential zu den Scheiben mit den Bolzen zusammen, um die Zentralwelle über einen bestimmten Winkel zu drehen, während die Verriegelungen radial mit den Bolzen zusammenwirken, um die jeweilige Betriebsposition sicherzu stellen.If according to claim 4, the actuators and the locking units with between the bolts arranged on the central shaft interact, this leads to a simple construction. The disks are attached to the circumference of a support sleeve, which is fixed on the central shaft can be. Between the discs are parallel to the central shaft stretching bolts incorporated. Acting based on the fifteen cycle steps five adsorbers are fifteen bolts. The actuators then work tangential to the washers with the bolts together to the central shaft rotate through a certain angle while the latches are radial interact with the bolts to ensure the respective operating position put.
Wichtig im Rahmen der Erfindung ist ferner die besondere Gestaltung der Überführungshülsen nach Patentanspruch 5. Obwohl die Überführungshülsen auch direkt an den Gehäusedeckeln geführt sein können, ist es fertigungs-, montage- und auch wartungstechnisch zweckmäßiger, wenn jede Überfüh rungshülse einerseits über eine Druckfeder an einer am Gehäusedeckel fixier ten Einsatzbuchse abgestützt und andererseits über einen Dichtring gegen eine Verteilerscheibe gedrückt ist. Hierbei sind die Überführungshülse und die Einsatzbuchse so aufeinander abgestimmt, dass diese im Betrieb druckent lastet sind. Folglich ist ausschließlich die Druckfeder bestimmend für den An druck der Überführungshülse an die Verteilerscheibe. Der in diesem Zusam menhang zur Anwendung gelangende Dichtring besteht vorzugsweise aus Po lytetrafluorethylen (PTFE). Dadurch, dass nur einzelne Überführungshülsen an die Verteilerscheiben gedrückt werden, ist ein deutlich geringerer Verschleiß zu erwarten, als wenn eine komplette Verteilerscheibe an eine Gegenplatte ange drückt werden muss.Also important within the scope of the invention is the special design of the Transfer sleeves according to claim 5. Although the transfer sleeves can also be guided directly on the housing cover, it is manufacturing, assembly and maintenance technically more appropriate if each transfer fixation sleeve on the one hand via a compression spring on a to the housing cover th insert bush supported and on the other hand via a sealing ring against one Distribution disc is pressed. Here are the transfer sleeve and the Insert socket matched to one another so that it presses during operation are burdensome. Consequently, only the compression spring is decisive for the operator pressure of the transfer sleeve on the distributor disc. The one in this together The sealing ring used is preferably made of Po lytetrafluoroethylene (PTFE). The fact that only individual transfer sleeves on the distributor disks are pressed, there is significantly less wear expect as if a complete distributor disc is attached to a counter plate must be pressed.
Entsprechend Patentanspruch 6 ist jede Einsatzbuchse lösbar am Gehäuse deckel befestigt und gegenüber dem Gehäusedeckel abgedichtet. Dazu weist die Einsatzbuchse insbesondere einen Gewindestutzen auf, der in eine Gewin debohrung des Gehäusedeckels gedreht ist. In einen Ringkragen der Einsatz buchse ist benachbart zum Gehäusedeckel eine Dichtung eingelegt, so dass beim Eindrehen der Einsatzbuchse in die Gewindebohrung die Dichtung an den Gehäusedeckel gepresst und damit eine einwandfreie Abdichtung erzielt wird. Eine solche Anordnung erlaubt es auch, jede einzelne Überführungshülse und Einsatzbuchse einzeln auszutauschen, so dass die Wartungsdauer minimal ist. Es werden hohe Standzeiten erreicht. Trotz der Zuordnung mehrerer Überfüh rungshülsen zu einer Verteilerscheibe können die kv-Werte der Gaswege ein zeln gezielt angepasst werden.According to claim 6, each insert bush is detachable on the housing cover attached and sealed against the housing cover. To do so the insert socket in particular on a threaded connector, which in a thread the bore of the housing cover is turned. The insert in a ring collar Socket is inserted adjacent to the housing cover, so that When screwing the insert bushing into the threaded bore, the seal on the Pressed housing cover and thus a perfect seal is achieved. Such an arrangement also allows each individual transfer sleeve and Replace insert socket individually so that the maintenance time is minimal. Long service lives are achieved. Despite the assignment of several transfer The sleeves for a distributor disc can reduce the kv values of the gas paths individually adjusted.
Eine präzise Führung der Überführungshülse an der Einsatzbuchse wird ge mäß Patentanspruch 7 dadurch erzielt, dass die Überführungshülse die Einsatzbuchse übergreift und an der Einsatzbuchse dichtend geführt ist. Dazu weist die Einsatzbuchse insbesondere zwei nebeneinander angeordnete Dich tungen auf, die innenseitig der Überführungshülse zur dichtenden Anlage ge langen.Precise guidance of the transfer sleeve on the insert bush is ge according to claim 7 achieved in that the transfer sleeve Insert sleeve overlaps and is sealingly guided on the insert sleeve. To the insert bushing has in particular two juxtaposed you on the inside of the transfer sleeve to the sealing system long.
Entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 8 ist jedes Verteilerge häuse durch einen Gehäusedeckel, einen zylindrischen Mantel und durch eine die Zentralwelle lagernde Stützscheibe begrenzt. Auf diese Weise können die Verteilergehäuse einwandfrei konstruktiv definiert, problemlos gefertigt und einfach montiert werden.According to the features of claim 8, each distributor is housing through a housing cover, a cylindrical jacket and through a the supporting disc supporting the central shaft is limited. That way they can Distributor housing perfectly defined, easily manufactured and easy to assemble.
Die Stützscheiben sind gemäß Patentanspruch 9 durch umfangsseitig verteilt angeordnete, sich parallel zur Zentralwelle erstreckende Distanzstreben mitein ander verbunden. Bevorzugt werden vier Distanzstreben, insbesondere U-för migen Querschnitts, eingesetzt.The support disks are distributed according to claim 9 by the circumference arranged spacers extending parallel to the central shaft other connected. Four spacer struts, in particular U-shaped, are preferred cross section.
Solche Distanzstreben ermöglichen es dann nach Patentanspruch 10, sowohl die Stellantriebe als auch die Rasteinheiten an den Distanzstreben problemlos festlegen zu können.Such distance struts then make it possible according to claim 10, both the actuators as well as the locking units on the spacer struts without any problems to be able to determine.
Die stirnseitige Zuordnung von Endplatten zu den Gehäusedeckeln der Vertei lergehäuse nach Patentanspruch 11 erlaubt eine Funktionstrennung und auch eine leichtere Herstellung sowie Montage im Hinblick auf die dichte Befestigung der verschiedenen Gasleitungen an den Endplatten.The frontal assignment of end plates to the housing covers of the distributor Lergehäuses according to claim 11 allows a separation of functions and also easier manufacture and assembly with regard to tight fastening of the various gas lines on the end plates.
Wenn entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 12 die Verteilerge häuse über mit ihren Mänteln verbundene Zentrierscheiben mit den Stützschei ben verschraubt sind, kann die Herstellung noch weiter vereinfacht werden. Nach der Montage der Verteilergehäuse brauchen dann lediglich die Zentrier scheiben mit den Stützscheiben verschraubt zu werden, um nach außen dichte Verteilergehäuse zu schaffen.If according to the features of claim 12, the distribution ge housing via centering disks connected to their coats with the supporting disks ben are screwed, the production can be simplified even further. After installing the distributor housing, only the centering is required disks to be screwed to the support disks to seal outwards To create junction boxes.
Damit die Restgas- und die Produktgasabführung ordnungsgemäß in die Zyklenschritte eingebettet werden können, sehen die Merkmale des Patentan spruchs 13 vor, dass die Restgasleitung und die Produktleitung mit jeweils in den Verteilergehäusen angeordneten sowie gegenüber diesen dicht abge schotteten, mit den Verteilerscheiben drehenden Übertrittskammern verbunden sind, die zyklisch über Koppelleitungen an die Adsorber anschließbar sind. So that the residual gas and product gas discharge properly into the Cycle steps can be embedded, see the features of the patent Proposition 13 that the residual gas line and the product line with each in the distributor housings arranged and abge tight against this partitioned transition chambers connected to the distributor disks are that can be cyclically connected to the adsorbers via coupling lines.
Bevorzugt sind gemäß Patentanspruch 14 die Übertrittskammern über stutzen artige Fortsätze in den Gehäusedeckeln dicht geführt.Preferably, according to claim 14, the transition chambers are pruned like extensions in the housing cover tightly guided.
Um jeden Adsorber mit Produktgas füllen zu können, ist nach Patentanspruch 15 vorgesehen, dass die Produktleitung über eine Bypassleitung mit dem an grenzenden Verteilergehäuse verbunden ist.To be able to fill each adsorber with product gas is according to claim 15 provided that the product line via a bypass line with the adjacent distributor housing is connected.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated below with reference to the drawings Embodiments explained in more detail. Show it:
Fig. 1 in schematischer Draufsicht einen Gasverteiler, der über Gasleitungen mit fünf Adsorbern verbunden ist; Figure 1 is a schematic plan view of a gas distributor which is connected to five adsorbers via gas lines.
Fig. 2 den Gasverteiler der Fig. 1 in schematischer Seitenansicht in der Kopplung mit einem Adsorber; FIG. 2 shows the gas distributor of FIG. 1 in a schematic side view in the coupling with an adsorber;
Fig. 3 den Gasverteiler der Fig. 1 und 2 in perspektivischer konstruktiver Darstellung; Fig. 3 the gas distributor of Figures 1 and 2 constructive in perspective view.
Fig. 4 eine Stirnansicht des Gasverteilers gemäß dem Pfeil IV der Fig. 3; Fig. 4 is an end view of the gas distributor according to arrow IV of Fig. 3;
Fig. 5 eine Stirnansicht des Gasverteilers gemäß dem Pfeil V der Fig. 3; FIG. 5 shows an end view of the gas distributor according to arrow V in FIG. 3;
Fig. 6 einen vertikalen Längsschnitt durch den Gasverteiler entlang der Linie VI der Fig. 3 in Richtung der Pfeile VIa gesehen;Seen Figure 6 is a vertical longitudinal section through the gas distributor taken along the line VI of Figure 3 in the direction of arrows VIa..;
Fig. 7 einen horizontalen Querschnitt durch die Darstellung der Fig. 6 entlang der Linie VII-VII in Richtung der Pfeile VIIa gesehen; FIG. 7 is seen a horizontal cross section through the representation of FIG. 6 along the line VII-VII in the direction of the arrows VIIa;
Fig. 8 in vergrößerter Darstellung den Ausschnitt VIII der Fig. 6 in seitenverkehrter Ansicht und Fig. 8 in an enlarged view the detail VIII of Fig. 6 in a reverse view and
Fig. 9 bis 14 Ansichten auf die Rohgasseite sowie die Produktgasseite des Gasverteilers in drei Betriebssituationen, jeweils entlang den Linien A-A und B-B der Fig. 6 in Richtung der Pfeile A1 und B1 gesehen;Seen 9 to 14 are views on the raw gas and the product gas side of the gas distributor into three operating situations, taken along lines AA and BB of Figure 6 in the direction of arrows A1 and B1..;
Fig. 15 eine Ansicht auf eine Verteilerscheibe des Gasverteilers in Richtung der Pfeile A1 gemäß Fig. 6 gesehen undSee Fig. 15 is a view of a distributor disc of the gas distributor in the direction of arrows A1 in Fig. 6 and
Fig. 16 eine Ansicht auf eine weitere Verteilerscheibe des Gasverteilers in Richtung der Pfeile B1 der Fig. 6 gesehen.See Fig. 16 is a view of a further distributor disc of the gas distributor in the direction of arrows B1 of Fig. 6.
Mit 1 ist in den Fig. 1 bis 14 ein Gasverteiler zum Einsatz bei der Gewin nung von Wasserstoff aus Wasserstoff enthaltenden Gasen mittels Druckwech seladsorption bezeichnet. Der Gasverteiler 1 ist entsprechend den Fig. 1 und 2 über Gasleitungen 2-11 mit fünf Adsorbern 12-16 verbunden, die es er lauben, Wasserstoff aus einem wasserstoffreichen Rohgas zu gewinnen. Die dazu eingesetzte Druckwechseladsorption (DWA) ist allgemein bekannt und braucht nicht näher erläutert zu werden. 1 with 1 a gas distributor is shown in Figs. To 14 for use in the threaded voltage of hydrogen from hydrogen-containing gases by means of pressure referred seladsorption Wech. The gas distributor 1 is connected according to FIGS. 1 and 2 via gas lines 2-11 with five adsorbers 12-16 , which he allow to extract hydrogen from a hydrogen-rich raw gas. The pressure swing adsorption (DWA) used for this is generally known and need not be explained in more detail.
Der Gasverteiler 1 dient der zyklischen Zufuhr von Rohgas aus einer Rohgas leitung 17 zu einem Adsorber 12-16, zur Überführung von Wasserstoff aus die sem Adsorber 12-16 in eine Produktleitung 18, zum Füllen eines Adsorbers 12- 16 mit Produktgas, zur Durchführung eines Druckausgleichs zwischen zwei Adsorbern 12-16, zum Spülen eines Adsorbers 12-16 und zur Abführung von Restgas über eine Restgasleitung 19.The gas distributor 1 is used for the cyclical supply of raw gas from a raw gas line 17 to an adsorber 12-16 , for transferring hydrogen from the sem adsorber 12-16 into a product line 18 , for filling an adsorber 12-16 with product gas, for carrying out a Pressure equalization between two adsorbers 12-16 , for purging an adsorber 12-16 and for removing residual gas via a residual gas line 19 .
Zu diesem Zweck weist der Gasverteiler 1 zwei endseitige Verteilergehäuse 20, 21 (Fig. 3 und 6) sowie zwischen den Verteilergehäusen 20, 21 vorgese hene pneumatisch beaufschlagbare Stellantriebe 22, 23, 24 in Form von Kol ben-Zylinder-Einrichtungen und pneumatisch beaufschlagbare Rasteinheiten 25, 26, 27 ebenfalls in Form von Kolben-Zylinder-Einrichtungen auf. For this purpose, the gas distributor 1 has two end-side distributor housings 20 , 21 (FIGS . 3 and 6) and between the distributor housings 20 , 21 vorgese hene pneumatically actuatable actuators 22 , 23 , 24 in the form of Kol ben-cylinder devices and pneumatically actuated locking units 25 , 26 , 27 also in the form of piston-cylinder devices.
Aus den Fig. 6 und 7 ist ersichtlich, dass der Gasverteiler 1 eine Zentral welle 28 aufweist, die über nicht näher erläuterte Lagerungen 29 in zwei Stütz scheiben 30 abgefangen ist, die durch vier Distanzstreben 31-34 aus U-Eisen miteinander verbunden sind. Hiervon dienen die Distanzstreben 33 und 34 der örtlichen Fixierung der Stellantriebe 22-24 sowie der Rasteinheiten 25-27.From FIGS. 6 and 7 it can be seen that the gas distributor 1 wave central comprises 28 which slices through non-illustrated bearings 29 in two support is intercepted 30 which are interconnected by four spacer struts 31-34 of U-iron. Of these, the spacer struts 33 and 34 serve to fix the actuators 22-24 and the latching units 25-27 in place .
Im Bereich zwischen den Stützscheiben 30 wird die Zentralwelle 28 von einer dort befestigten Traghülse 35 umgriffen. Umfangsseitig der Traghülse 35 sind vier übereinander angeordnete Scheiben 36-39 befestigt. Die Scheiben 36 und 37, 37 und 38 sowie 38 und 39 sind jeweils durch fünfzehn Bolzen 40 zueinan der distanziert, wobei die umfangsseitige Relativlage der Bolzen 40 auf die nachfolgend noch näher erläuterten Arbeitsschritte des Gasverteilers 1 abge stimmt sind. Die Bolzen 40 erstrecken sich parallel zur Zentralwelle 28.In the region between the support disks 30, the central shaft 28 is encompassed by a fixed supporting sleeve there 35th Four disks 36-39 arranged one above the other are fastened to the circumference of the support sleeve 35 . The disks 36 and 37 , 37 and 38 and 38 and 39 are each spaced apart by fifteen bolts 40, the circumferential relative position of the bolts 40 being coordinated with the work steps of the gas distributor 1 which will be explained in more detail below. The bolts 40 extend parallel to the central shaft 28 .
Die Stützscheiben 30 dienen der dichten und zentrierenden Festlegung der Verteilergehäuse 20 und 21. Jedes Verteilergehäuse 20, 21 ist durch einen Gehäusedeckel 41 bzw. 42, einen zylindrischen Mantel 43 bzw. 44 und durch eine Zentrierscheibe 45 bzw. 46 gebildet, über welche die Verteilergehäuse 20, 21 mit den Stützscheiben 30 dicht verschraubt sind.The support disks 30 serve to seal and center the distributor housings 20 and 21 . Each distributor housing 20 , 21 is formed by a housing cover 41 or 42 , a cylindrical jacket 43 or 44 and by a centering disk 45 or 46 , by means of which the distributor housing 20 , 21 are screwed tightly to the support disks 30 .
In den Verteilergehäusen 20, 21 (siehe Fig. 6, 15 und 16) sind auf den hier befindlichen Längenabschnitten 47, 48 der Zentralwelle 28 Verteilerscheiben 49, 50 befestigt. Die Verteilerscheiben 49, 50 dienen in nachfolgend noch näher erläuterter Weise der Überführung von Rohgas aus der Rohgasleitung 17 in die Adsorber 12-16, der Abführung von Restgas aus den Adsorbern 12-16 in die Restgasleitung 19, der Abführung von Produktgas aus den Adsorbern 12-16 in die Produktleitung 18, der druckausgleichenden Verbindung zwischen zwei Adsorbern 12-16 mit Überführung von wasserstoffreichem Gas sowie zum Befüllen eines Adsorbers 12-16 mit Produktgas aus der Produktgasleitung 18.In the distributor housings 20 , 21 (see FIGS. 6, 15 and 16) 28 distributor disks 49 , 50 are fastened on the longitudinal sections 47 , 48 of the central shaft located here. The distributor disks 49 , 50 serve in the manner explained in more detail below for the transfer of raw gas from the raw gas line 17 into the adsorbers 12-16 , the removal of residual gas from the adsorbers 12-16 into the residual gas line 19 , and the removal of product gas from the adsorbers 12 -16 into the product line 18 , the pressure-equalizing connection between two adsorbers 12-16 with transfer of hydrogen-rich gas and for filling an adsorber 12-16 with product gas from the product gas line 18 .
Stirnseitig der Gehäusedeckel 41, 42 sind mit den Gehäusedeckeln 41, 42 ver schraubte Endplatten 51, 52 vorgesehen. Der Gehäusedeckel 41 und die End platte 51 weisen korrespondierende Durchgangsöffnungen 53, 54 auf. Die Durchgangsöffnungen 53, 54 dienen als Anschlüsse für die Rohgasleitung 17 und die Gasleitungen 2-6 zu den Adsorbern 12-16, während eine Durchgangs öffnung 55 in der Endplatte 51 als Anschluss für die Restgasleitung 19 dient.End face of the housing cover 41 , 42 with the housing covers 41 , 42 ver screwed end plates 51 , 52 are provided. The housing cover 41 and the end plate 51 have corresponding through openings 53 , 54 . The through openings 53 , 54 serve as connections for the raw gas line 17 and the gas lines 2-6 to the adsorbers 12-16 , while a through opening 55 in the end plate 51 serves as a connection for the residual gas line 19 .
Der Gehäusedeckel 42 und die Endplatte 52 sind mit Durchgangsöffnungen 56, 57 versehen, die als Anschlüsse für die Gasleitungen 7-11 zu den Adsorbern 12-16 und zum Anschluss einer Bypassleitung 58 dient, die andererseits an die Produktleitung 18 angeschlossen ist. Eine Durchgangsöffnung 59 in der End platte 52 dient dem Anschluss der Produktleitung 18.The housing cover 42 and the end plate 52 are provided with through openings 56 , 57 , which serve as connections for the gas lines 7-11 to the adsorbers 12-16 and for connecting a bypass line 58 , which on the other hand is connected to the product line 18 . A through opening 59 in the end plate 52 serves to connect the product line 18th
In dem Verteilergehäuse 20 ist zwischen der Verteilerscheibe 49 und dem Ge häusedeckel 41 eine gegenüber dem Verteilergehäuse 20 dicht abgeschottete Übertrittskammer 60 vorgesehen. Diese Übertrittskammer 60 besitzt einen Stutzen 61, der dicht in dem Gehäusedeckel 41 geführt und mit der zur Rest gasleitung 19 führenden Durchgangsöffnung 55 verbunden ist.In the distributor housing 20 between the distributor plate 49 and the Ge housing cover 41 a tightly sealed off from the distributor housing 20 transition chamber 60 is provided. This transition chamber 60 has a nozzle 61 which is tightly guided in the housing cover 41 and is connected to the gas opening 19 leading through opening 55 .
Auf der der Stützscheibe 30 zugewandten Seite besitzt die Verteilerscheibe 49 drei aus den Fig. 6, 9, 11, 13 und 15 erkennbare U-förmig gekrümmte Koppelleitungen 62, 63, 64, die mit entsprechenden Öffnungen in der Verteilerscheibe 49 in Verbindung stehen. Diese Koppelleitungen 62-64 dienen der Verbindung der Überleitkammer 60 mit den Adsorbern 12-16.On the side facing the support disk 30 , the distributor disk 49 has three U-shaped coupling lines 62 , 63 , 64 , which can be seen in FIGS. 6, 9, 11, 13 and 15 and are connected to corresponding openings in the distributor disk 49 . These coupling lines 62-64 serve to connect the transfer chamber 60 to the adsorbers 12-16 .
In die mit den Adsorbern 12-16 verbundenen Durchgangsöffnungen 54 des Gehäusedeckels 41 sind aus der Fig. 8 näher erkennbare Einsatzbuchsen 65 im Innern des Verteilergehäuses 20 eingeschraubt. Dazu ist jede Einsatz buchse 65 mit einem Gewindestutzen 66 versehen. Ein Ringkragen 67 mit ei nem Dichtring 68 liegt an der Innenseite des Gehäusedeckels 41. Die Einsatz buchse 65 besitzt ferner einen Dichtstutzen 69 mit zwei umfangsseitig in Nuten eingebetteten Dichtringen 70. Die Dichtringe 70 liegen an einer den Dichtstut zen 69 übergreifenden Überführungshülse 71 dichtend an. Die Überführungs hülse 71 wird durch eine Druckfeder 72 in Form einer Schraubendruckfeder an die dem Gehäusedeckel 41 zugewandte Seite der Verteilerscheibe 49 ange drückt. Die Druckfeder 72 erstreckt sich zwischen dem Radialkragen 67 der Einsatzbuchse 65 und einem Radialkragen 73 der Überführungshülse 71. Auf der anderen Seite des Radialkragens 73 der Überführungshülse 71 befindet sich ein Dichtring 74, der gegen die dem Gehäusedeckel 41 zugewandte Seite der Verteilerscheibe 49 gedrückt ist. Der Dichtring 74 ist durch eine Siche rungsscheibe 75 fixiert. In der Einsatzbuchse 65 und in der Überführungshülse 71 befinden sich miteinander korrespondierende Durchgangsbohrungen 76 zur Gas leitenden Verbindung.Insert bushings 65, which can be seen in more detail in FIG. 8, are screwed into the interior of the distributor housing 20 into the through openings 54 of the housing cover 41 connected to the adsorbers 12-16 . For this purpose, each insert bush 65 is provided with a threaded connector 66 . An annular collar 67 with a sealing ring 68 is located on the inside of the housing cover 41 . The insert bushing 65 also has a sealing socket 69 with two sealing rings 70 embedded on the circumferential side in grooves. The sealing rings 70 lie on a sealing sleeve zen 69 crossover sleeve 71 sealing. The transfer sleeve 71 is pressed by a compression spring 72 in the form of a helical compression spring on the side of the distributor plate 49 facing the housing cover 41 . The compression spring 72 extends between the radial collar 67 of the insert bush 65 and a radial collar 73 of the transfer sleeve 71 . On the other side of the radial collar 73 of the transfer sleeve 71 there is a sealing ring 74 which is pressed against the side of the distributor disk 49 facing the housing cover 41 . The sealing ring 74 is fixed by a hedging washer 75 . Corresponding through bores 76 for gas-conducting connection are located in the insert bushing 65 and in the transfer sleeve 71 .
Ferner zeigt die Fig. 8, dass umfangsseitig der Durchgangsöffnungen 54 in dem Gehäusedeckel 41 und in der Endplatte 51 am Übergang vom Gehäuse deckel 41 auf die Endplatte 51 ein weiterer Dichtring 77 in eine Nute der End platte 51 eingebettet ist, der an dem Gehäusedeckel 41 zur Anlage gelangt.Further, FIG. 8, that the circumference of the through holes 54 in the housing cover 41 and in the end plate 51 cover at the transition from housing 41 on the end plate 51, a further sealing ring 77 plate into a groove of the end 51 is embedded, on the housing lid 41 comes to the plant.
Die vorstehend beschriebenen Teile 65-77 werden nachfolgend kurz mit Ventil anordnung VA bezeichnet.The parts 65-77 described above are briefly referred to below with valve arrangement VA.
Auch der das Verteilergehäuse 21 begrenzende Gehäusedeckel 42 trägt ent sprechend der Darstellung der Fig. 8 Ventilanordnungen VA, deren Überfüh rungshülsen 71 an die Verteilerscheibe 50 gedrückt sind. Die Verteilerscheibe 50 ist auf der der Stützscheibe 30 zugewandten Seite mit fünf U-förmig konfigu rierten Koppelleitungen 78-82 versehen, die mit Durchgangsöffnungen in der Verteilerscheibe 50 in Verbindung stehen (Fig. 6, 10, 12, 14 und 16).Also, the distributor housing 21 delimiting housing cover 42 carries accordingly the illustration of FIG. 8 valve assemblies VA, the transfer sleeves 71 are pressed onto the distributor plate 50 . The distributor plate 50 is provided on the side facing the support plate 30 with five U-shaped configuration lines 78-82 , which are connected to through openings in the distributor plate 50 ( FIGS. 6, 10, 12, 14 and 16).
Zwischen der Verteilerscheibe 50 und dem Gehäusedeckel 42 ist eine gegen über dem Verteilergehäuse 21 dicht abgeschottete Übertrittskammer 83 vorge sehen. Die Übertrittskammer 83 fasst mit einem Stutzen 84 dicht in den Ge häusedeckel 42. Der Stutzen 84 ist mit der Durchgangsöffnung 59 in der End platte 52 verbunden, der an die Produktleitung 18 angeschlossen ist.Between the distributor plate 50 and the housing cover 42 is a pre-sealed against the distributor housing 21 sealed transition chamber 83 . The transition chamber 83 fits tightly with a nozzle 84 in the Ge housing cover 42nd The connector 84 is connected to the through opening 59 in the end plate 52, which is connected to the product line 18 .
Nachfolgend wird der Gewinnungsprozess von Wasserstoff erläutert, welcher für jeden Adsorber 12-16 aus drei über den Gasverteiler 1 steuerbaren Einzel schritten besteht. Diese drei Einzelschritte wiederholen sich für jeden Adsorber 12-16. Somit besteht ein kompletter Zyklus für alle fünf Adsorber 12-16 aus insgesamt fünfzehn Einzelschritten. The hydrogen production process is explained below, which for each adsorber 12-16 consists of three individual steps which can be controlled via the gas distributor 1 . These three individual steps are repeated for each adsorber 12-16 . Thus, a complete cycle for all five adsorbers 12-16 consists of a total of fifteen individual steps.
Zunächst wird mit Hilfe einer nicht näher dargestellten Steuerung über den Stellantrieb 22 die Zentralwelle 28 gemäß den Pfeilen PF so verdreht, dass die aus den Fig. 9 und 10 erkennbaren Relativpositionen der Verteilerscheiben 49, 50 zu den Durchgangsöffnungen 53, 54, 56, 57 in den Gehäusedeckeln 41, 42 und Endplatten 51, 52 mit Hilfe der Rasteinheit 25 fixiert werden kann.First, with the aid of a control (not shown in more detail) via the actuator 22, the central shaft 28 is rotated according to the arrows PF in such a way that the relative positions of the distributor disks 49 , 50 that can be seen in FIGS. 9 and 10 to the through openings 53 , 54 , 56 , 57 in the housing covers 41 , 42 and end plates 51 , 52 can be fixed with the aid of the latching unit 25 .
In dieser Stellung der Verteilerscheiben 49, 50 ist die Rohgasleitung 17 direkt mit dem Verteilergehäuse 20 verbunden. Ferner zeigt die Fig. 9 anhand des schraffierten kreisförmigen Bereichs, dass das Verteilergehäuse 20 über die Verteilerscheibe 49, eine Ventilanordnung VA und die Gasleitung 2 mit dem Adsorber 12 verbunden ist. Rohgas wird folglich von der Rohgasleitung 17 di rekt in den Adsorber 12 geleitet. In diesem werden Verunreinigungen wie CO, CO2, CH4 und N2 adsorbiert. Wasserstoff verlässt dann den Adsorber 12 und gelangt gemäß den Fig. 6 und 10 über die Gasleitung 7, über eine Ventil anordnung VA, die Verteilerscheibe 50 und die Koppelleitung 78 in die Über leitkammer 83. Aus der Überleitkammer 83 tritt der Wasserstoff über den Stut zen 84 und die Durchgangsöffnung 59 in die Produktleitung 18 aus.In this position of the distributor disks 49 , 50 , the raw gas line 17 is connected directly to the distributor housing 20 . Furthermore, FIG. 9 shows on the basis of the hatched circular area that the distributor housing 20 is connected to the adsorber 12 via the distributor disk 49 , a valve arrangement VA and the gas line 2 . Raw gas is consequently passed directly from the raw gas line 17 into the adsorber 12 . Impurities such as CO, CO 2 , CH 4 and N 2 are adsorbed in this. Hydrogen then leaves the adsorber 12 and arrives according to FIGS. 6 and 10 via the gas line 7 , via a valve arrangement VA, the distributor plate 50 and the coupling line 78 into the transfer chamber 83 . From the transfer chamber 83 , the hydrogen exits via the connector 84 and the passage opening 59 into the product line 18 .
In diesem ersten Einzelschritt wird ferner ein Druckausgleich zwischen dem Adsorber 13 und dem Adsorber 16 durchgeführt. Diesbezüglich ist aus der Fig. 10 aufgrund der schraffierten kreisförmigen Bereiche zu erkennen, dass die Adsorber 13 und 16 über das Verteilergehäuse 21 Gas leitend in Verbindung stehen. Das heißt, wasserstoffreiches Gas aus dem Adsorber 16 wird in das Verteilergehäuse 21 geleitet, von wo es dann in den Adsorber 13 gelangt. Zugleich findet das Füllen des Adsorbers 13 statt. Das heißt, Produktwasser stoff wird aus der Produktleitung 18 über die Bypassleitung 58 in das Verteiler gehäuse 21 überführt und tritt dann ebenfalls in den Adsorber 13 ein.In this first individual step, pressure equalization between the adsorber 13 and the adsorber 16 is also carried out. In this regard, it can be seen from FIG. 10 due to the hatched circular areas that the adsorbers 13 and 16 are connected in a gas-conducting manner via the distributor housing 21 . That is, hydrogen-rich gas from the adsorber 16 is fed into the distributor housing 21 , from where it then reaches the adsorber 13 . At the same time, the adsorber 13 is filled. That is, product hydrogen is transferred from the product line 18 via the bypass line 58 into the distributor housing 21 and then also enters the adsorber 13 .
Die Fig. 6 und 9 zeigen in diesem Zusammenhang, dass verunreinigtes Restgas aus dem Adsorber 15 über eine Ventilanordnung VA, die Verteiler scheibe 49, über die Koppelleitung 62 in die Überleitkammer 60 und von dieser über den Stutzen 61 in die Restgasleitung 19 gelangt. FIGS. 6 and 9 show, in this context, that contaminated residual gas from the adsorber 15 via a valve arrangement VA, the distribution disc 49, passes via the coupling line 62 in the transfer chamber 60 and from this through the pipe 61 to the residual gas line 19.
Im Anschluss daran wird mit Hilfe des Stellantriebs 23 die Zentralwelle 28 ge mäß den Pfeilen PF1 um 24° gedreht und durch die Rasteinheit 26 fixiert ( Fig. 11 und 12). Subsequently, with the aid of the actuator 23, the central shaft 28 is rotated by 24 ° according to the arrows PF1 and fixed by the latching unit 26 ( FIGS. 11 and 12).
In dieser Stellung der Verteilerscheiben 49, 50 gelangt wiederum (Fig. 11) Rohgas aus der Rohgasleitung 17 in das Verteilergehäuse 20 und aus dem Verteilergehäuse 20 über die Verteilerscheibe 49, eine Ventilanordnung VA sowie die Gasleitung 2 in den Adsorber 12. Entsprechend dem ersten Einzel schritt werden dann auch hierbei wieder die Verunreinigungen im Adsorber 12 adsorbiert und Wasserstoff verlässt den Adsorber 12 über die Gasleitung 7, tritt über eine Ventilanordnung VA, die Verteilerscheibe 50 und die Koppelleitung 79 in die Übertrittskammer 83 ein und verlässt diese über den Stutzen 84 und die Durchgangsöffnung 59 in die Produktleitung 18 (Fig. 6 und 12).In this position of the distributor disks 49 , 50 , in turn ( FIG. 11), raw gas from the raw gas line 17 enters the distributor housing 20 and from the distributor housing 20 via the distributor disk 49 , a valve arrangement VA and the gas line 2 into the adsorber 12 . According to the first individual step, the impurities in the adsorber 12 are then adsorbed again and hydrogen leaves the adsorber 12 via the gas line 7 , enters via a valve arrangement VA, the distributor disk 50 and the coupling line 79 into the transfer chamber 83 and leaves this via the Port 84 and the passage opening 59 in the product line 18 ( Fig. 6 and 12).
Der Druckausgleich wird jetzt zwischen den Adsorbern 16 und 14 durchgeführt (Fig. 12). Danach wird wasserstoffreiches Gas aus dem Adsorber 16 über die Gasleitung 11, eine Ventilanordnung VA, die Verteilerscheibe 50 und die Kop pelleitung 81 in den Adsorber 14 überführt (schraffierter länglicher Bereich). Parallel hierzu wird der Adsorber 13 gefüllt (Fig. 12, schraffierte kreisförmige Darstellung). Das heißt, Wasserstoff aus der Produktleitung 18 wird über die Bypassleitung 58 und das Verteilergehäuse 21 in die Gasleitung 8 zum Adsor ber 13 geführt.The pressure equalization is now carried out between the adsorbers 16 and 14 ( Fig. 12). Then hydrogen-rich gas is transferred from the adsorber 16 via the gas line 11 , a valve arrangement VA, the distributor plate 50 and the coupling line 81 into the adsorber 14 (hatched elongated area). In parallel, the adsorber 13 is filled ( Fig. 12, hatched circular representation). That is, hydrogen from the product line 18 is fed via the bypass line 58 and the distributor housing 21 into the gas line 8 to the adsorber 13 .
Weiterhin wird (Fig. 6 und 11) verunreinigtes Restgas aus dem Adsorber 15 über die Gasleitung 5, eine Ventilanordnung VA, die Verteilerscheibe 49 und die Koppelleitung 63 in die Übertrittskammer 60 geleitet (schraffierter länglicher Bereich), aus der das Restgas dann über den Stutzen 61 und die Durchgangs öffnung 55 in die Restgasleitung 19 gelangt.Furthermore ( Fig. 6 and 11) contaminated residual gas from the adsorber 15 via the gas line 5 , a valve assembly VA, the distributor plate 49 and the coupling line 63 into the transition chamber 60 (hatched elongated area), from which the residual gas then through the nozzle 61 and the passage opening 55 reaches the residual gas line 19 .
Der dritte Einzelschritt im Zuge der Adsorption durch den Adsorber 12 wird nachfolgend anhand der Fig. 13 und 14 erläutert.The third individual step in the course of the adsorption by the adsorber 12 is explained below with reference to FIGS. 13 and 14.
In diesem dritten Einzelschritt wird zunächst mit Hilfe des dritten Stellantriebs 24 die Zentralwelle 28 gemäß dem Pfeil PF2 um weitere 24° gedreht und mit Hilfe der Rasteinheit 27 fixiert. Die Fig. 13 zeigt, dass Rohgas aus der Roh gasleitung 17 in das Verteilergehäuse 20 gelangt und aus dem Verteilerge häuse 20 über die Gasleitung 2 in den Adsorber 12 (schraffierter kreisförmiger Bereich). In dem Adsorber 12 werden die Verunreinigungen CO, CO2, CH4 und N2 adsorbiert und Wasserstoff verlässt den Adsorber 12 gemäß den Fig. 6 und 14 über die Gasleitung 7 und tritt über eine Ventilanordnung VA, die Ver teilerscheibe 50, die Koppelleitung 80 (schraffierter länglicher Bereich), die Überleitkammer 83, den Stutzen 84 und die Durchgangsöffnung 59 in die Pro duktleitung 18 aus.In this third individual step, the central shaft 28 is first rotated a further 24 ° according to the arrow PF2 with the help of the third actuator 24 and fixed with the aid of the latching unit 27 . FIG. 13 shows that the crude gas from the crude gas line 17 reaches into the distributor housing 20 and out of the Verteilerge housing 20 via the gas pipe 2 into the adsorber 12 (hatched circular area). In the adsorber 12 , the impurities CO, CO 2 , CH 4 and N 2 are adsorbed and hydrogen leaves the adsorber 12 according to FIGS. 6 and 14 via the gas line 7 and passes through a valve arrangement VA, the distributor plate 50 , the coupling line 80 (hatched elongated area), the transfer chamber 83 , the nozzle 84 and the through opening 59 into the product line 18 from.
Der Adsorber 15 wird jetzt gespült (Fig. 14). Dazu wird wasserstoffreiches Spülgas von dem Adsorber 16 über die Gasleitung 11, eine Ventilanordnung VA, die Verteilerscheibe 50 und die Koppelleitung 82 in die Gasleitung 10 überführt, aus der es in den Adsorber 15 übertritt (schraffierter länglicher Be reich).The adsorber 15 is now rinsed ( Fig. 14). For this purpose, hydrogen-rich purge gas is transferred from the adsorber 16 via the gas line 11 , a valve arrangement VA, the distributor plate 50 and the coupling line 82 into the gas line 10 , from which it passes into the adsorber 15 (hatched elongated area).
Gleichzeitig wird verunreinigtes Restgas (Fig. 6 und 13) aus dem Adsorber 15 über die Gasleitung 5, eine Ventilanordnung VA, die Verteilerscheibe 49 und die Koppelleitung 64 in die Überleitkammer 60 geführt (schraffierter länglicher Bereich), von der es über den Stutzen 61 und die Durchgangsöffnung 55 in die Restgasleitung 19 übertritt.At the same time, contaminated residual gas ( FIGS. 6 and 13) is guided out of the adsorber 15 via the gas line 5 , a valve arrangement VA, the distributor disk 49 and the coupling line 64 into the transfer chamber 60 (hatched elongated area), from which it passes through the connection piece 61 and the passage opening 55 passes into the residual gas line 19 .
Parallel hierzu wird der Adsorber 13 gefüllt (Fig. 14). Das heißt, Produktwas serstoff wird aus der Produktleitung 18 über die Bypassleitung 58 in das Ver teilergehäuse 21 überführt, von wo es dann über die Gasleitung 8 zum Adsor ber 13 gelangt.In parallel, the adsorber 13 is filled ( Fig. 14). This means that product water is transferred from the product line 18 via the bypass line 58 into the distributor housing 21 , from where it then reaches the adsorber 13 via the gas line 8 .
Der sich dann anschließende Einzelschritt vier entspricht dem Einzelschritt 1 anhand der Fig. 9 und 10, wobei die Rollen der Adsorber gewechselt wer den. Nunmehr erhält der Adsorber 13 Rohgas und gibt Produktgas ab, wohin gegen zwischen den Adsorbern 12 und 14 der Druckausgleich durchgeführt wird und der Adsorber 15 Restgas abgibt.The then subsequent individual step four corresponds to individual step 1 with reference to FIGS. 9 and 10, the roles of the adsorbers being changed to who. The adsorber 13 now receives raw gas and releases product gas, whereas the pressure equalization is carried out between the adsorbers 12 and 14 and the adsorber 15 releases residual gas.
Dieser nächste Einzelschritt wird wiederum durch eine Aktivierung des Stellan triebs 22 durchgeführt, wobei eine weitere Verstellung um 24° der Zentralwelle 28 erfolgt. This next single step is in turn carried out by activating the actuator 22 , with a further adjustment of the central shaft 28 by 24 °.
Die weiteren Einzelschritte erfolgen dann analog zu den voraufgehend erläu terten Einzelschritten zwei und drei. The further individual steps are then carried out analogously to the preceding explanations steps two and three.
11
Gasverteiler
gas distributor
22
Gasleitung zw. Gas line between
11
u. u.
1212
33
Gasleitung zw. Gas line between
11
u. u.
1313
44
Gasleitung zw. Gas line between
11
u. u.
1414
55
Gasleitung zw. Gas line between
11
u. u.
1515
66
Gasleitung zw. Gas line between
11
u. u.
1616
77
Gasleitung zw. Gas line between
1212
u. u.
11
88th
Gasleitung zw. Gas line between
1313
u. u.
11
99
Gasleitung zw. Gas line between
1414
u. u.
11
1010
Gasleitung zw. Gas line between
1515
u. u.
11
1111
Gasleitung zw. Gas line between
1616
u. u.
11
1212
Adsorber
adsorber
1313
Adsorber
adsorber
1414
Adsorber
adsorber
1515
Adsorber
adsorber
1616
Adsorber
adsorber
1717
Rohgasleitung
raw gas
1818
Produktleitung
product line
1919
Restgasleitung
Residual gas line
2020
Verteilergehäuse
distributor housing
2121
Verteilergehäuse
distributor housing
2222
Stellantrieb
actuator
2323
Stellantrieb
actuator
2424
Stellantrieb
actuator
2525
Rasteinheit
catch unit
2626
Rasteinheit
catch unit
2727
Rasteinheit
catch unit
2828
Zentralwelle v. Central shaft v.
11
2929
Lagerungen f. Bearings f.
2828
3030
Stützscheiben
supporting discs
3131
Distanzstrebe zw. Distance strut between
3030
3232
Distanzstrebe zw. Distance strut between
3030
3333
Distanzstrebe zw. Distance strut between
3030
3434
Distanzstrebe zw. Distance strut between
3030
3535
Traghülse um Carrying sleeve around
2828
3636
Scheibe an Disc on
3535
3737
Scheibe an Disc on
3535
3838
Scheibe an Disc on
3535
3939
Scheibe an Disc on
3535
4040
Bolzen zw. Bolt between
36-3936-39
4141
Gehäusedeckel v. Housing cover v.
2020
4242
Gehäuedeckel v. Housing cover v.
2121
4343
Mantel v. Coat of
2020
4444
Mantel v. Coat of
2121
4545
Zentrierscheibe v. Centering disc v.
2020
4646
Zentrierscheibe v. Centering disc v.
2121
4747
Längenabschnitt v. Longitudinal section v.
2828
4848
Längenabschnitt v. Longitudinal section v.
2828
4949
Verteilerscheibe in Distributor disc in
2020
5050
Verteilerscheibe in Distributor disc in
2121
5151
Endplatte an End plate
4141
5252
Endplatte an End plate
4242
5353
Durchgangsöffnungen in Through openings in
4141
, .
5151
5454
Durchgangsöffnungen in Through openings in
4141
, .
5151
5555
Durchgangsöffnungen in Through openings in
5151
5656
Durchgangsöffnungen in Through openings in
4242
, .
5252
5757
Durchgangsöffnungen in Through openings in
4242
, .
5252
5858
Bypassleitung
bypass line
5959
Durchgangsöffnung in Through opening in
5252
6060
Übertrittskammer in Transition chamber in
2020
6161
Stutzen an Socks
6060
6262
Koppelleitung an Coupling line
4949
6363
Koppelleitung an Coupling line
4949
6464
Koppelleitung an Coupling line
4949
6565
Einsatzbuchsen
insert bushings
6666
Gewindestutzen v. Threaded connector v.
6565
6767
Ringkragen v. Ring collar v.
6565
6868
Dichtring in Sealing ring in
6767
6969
Dichtstutzen v. Sealing nozzle v.
6565
7070
Dichtringe an Sealing rings
6969
7171
Überführungshülse
Transfer sleeve
7272
Druckfeder
compression spring
7373
Radialkragen v. Radial collar v.
7171
7474
Dichtring an Sealing ring
7373
7575
Sicherungsscheibe f. Lock washer f.
7474
7676
Durchgangsbohrungen in Through holes in
6565
, .
7171
7777
Dichtring
seal
7878
Koppelleitung an Coupling line
5050
7979
Koppelleitung an Coupling line
5050
8080
Koppelleitung an Coupling line
5050
8181
Koppelleitung an Coupling line
5050
8282
Koppelleitung an Coupling line
5050
8383
Übertrittskammer in Transition chamber in
2121
8484
Stutzen an Socks
8383
PF Pfeile
PF1 Pfeile
PF2 Pfeile
VA Ventilanordnung
PF arrows
PF1 arrows
PF2 arrows
VA valve arrangement
Claims (15)
- - mindestens fünf Adsorber (12-16) sind über Gasleitungen (2-6; 7-11) mit umfangsseitig einer Zentralwelle (28) angeordneten, schrittweise um schaltbaren, zur Umgebung hin gekapselten Überleiteinrichtungen zwecks zyklischer Zufuhr von Rohgas zu einem Adsorber (12-16), Überführung von Wasserstoff aus diesem Adsorber (12-16) in eine Pro duktleitung (18), Füllen eines Adsorbers (12-16) mit Produktgas, Durchführung eines Druckausgleichs zwischen zwei Adsorbern (12-16), Spülen eines Adsorbers (12-16) und Abführung von Restgas verbun den;
- - die Zentralwelle (28) steht in ihrem mittleren Längenabschnitt unter dem Einfluss von drei unabhängig voneinander axial wirksamen, mit ihren Längsachsen zur Zentralwelle (28) tangential ausgerichteten und mit einer Steuerung sowie Rasteinheiten (25-27) gekoppelten Stellantrie ben;
- - jede Überleiteinrichtung besitzt in einem Verteilergehäuse (20, 21) mit einem lösbar zugeordneten Gehäusedeckel (41, 42), eine mit der Zentralwelle (28) drehfest verbundene, mit Koppelleitungen (62-64; 78- 82) ausgestattete Verteilerscheibe (49, 50);
- - ein Verteilergehäuse (20) ist ständig an die Rohgaszufuhr angeschlos sen und das andere Verteilergehäuse (21) ist permanent mit Produkt gas beaufschlagbar;
- - den an den Gehäusedeckeln (41, 42) vorgesehenen Anschlüssen (54, 56) der zu den Adsorbern (12-16) führenden Gasleitungen (2-6; 7-11) sind innenseitig der Gehäusedeckel (41, 42) festgelegte, sich an den Verteilerscheiben (49, 50) federnd nachgiebig sowie gleitend und dicht abstützende einzelne Überführungshülsen (71) zugeordnet;
- - die Anschlüsse (54, 56) sind in Abhängigkeit von dem jeweiligen Zyklen schritt direkt bzw. über eine Koppelleitung (62-64; 78-82) mit der Roh gasleitung (17), der Produktleitung (18), der Restgasleitung (19) oder einem weiteren Adsorber (12-16) Gas leitend verbunden.
- - At least five adsorbers ( 12-16 ) are arranged via gas lines ( 2-6 ; 7-11 ) with circumferential sides of a central shaft ( 28 ), gradually switchable, encapsulated transfer devices to the environment for the cyclical supply of raw gas to an adsorber ( 12- 16 ), transfer of hydrogen from this adsorber ( 12-16 ) into a product line ( 18 ), filling an adsorber ( 12-16 ) with product gas, carrying out pressure equalization between two adsorbers ( 12-16 ), purging an adsorber ( 12 -16 ) and discharge of residual gas connected;
- - The central shaft ( 28 ) is in its central longitudinal section under the influence of three independently axially effective, with their longitudinal axes to the central shaft ( 28 ) aligned tangentially and with a control and locking units ( 25-27 ) coupled actuators ben;
- - Each transfer device has, in a distributor housing ( 20 , 21 ) with a detachably assigned housing cover ( 41 , 42 ), a distributor disc ( 49 , 50 ) which is connected to the central shaft ( 28 ) in a rotationally fixed manner and is equipped with coupling lines (62-64; 78-82) );
- - A distributor housing ( 20 ) is constantly connected to the raw gas supply and the other distributor housing ( 21 ) is permanently pressurized with product gas;
- - The connections ( 54 , 56 ) provided on the housing covers ( 41 , 42 ) of the gas lines ( 2-6 ; 7-11 ) leading to the adsorbers ( 12-16 ) are fixed on the inside of the housing cover ( 41 , 42 ) the distributor disks ( 49 , 50 ) are assigned resiliently flexible and sliding and tightly supporting individual transfer sleeves ( 71 );
- - The connections ( 54 , 56 ) are depending on the respective cycle step directly or via a coupling line ( 62-64 ; 78-82 ) with the raw gas line ( 17 ), the product line ( 18 ), the residual gas line ( 19 ) or another gas adsorber ( 12-16 ).
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DE10220322A DE10220322C1 (en) | 2002-05-07 | 2002-05-07 | Gas distributor used in the recovery of hydrogen from gases by pressure swing adsorption, comprises adsorbers connected to a central shaft via gas lines |
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