DE102022114483A1

DE102022114483A1 - Pressure swing adsorber for continuous drying of gases

Info

Publication number: DE102022114483A1
Application number: DE102022114483.6A
Authority: DE
Inventors: Heinz Bauer
Original assignee: Bauer Kompressoren GmbH
Current assignee: Bauer Kompressoren GmbH
Priority date: 2022-06-09
Filing date: 2022-06-09
Publication date: 2023-12-14

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckwechseladsorber (10) für ein kontinuierliches Trocknen von Gasen, insbesondere in einem Druckbereich oberhalb von 30 bar, umfassend einen Eingang (12) zum Zuführen eines zu trocknenden Gases, einen Ausgang (46) zum Ausgeben des getrockneten Gases und wenigstens zwei parallel zueinander zwischen dem Eingang (12) und dem Ausgang (46) angeordnete Trocknungspfade (18a, 18b), welche jeweils wenigstens einen Adsorptionsbehälter (26) zum Trocknen eines dort hindurchströmenden Gases umfassen, wobei zwischen dem Eingang (12) und den Trocknungspfaden (18a, 18b) eine Eingang-Sammelleitung (16) vorgesehen ist und zwischen den Trocknungspfaden (18a, 18b) und dem Ausgang (46) eine Ausgang-Sammelleitung (38) vorgesehen ist. Hierbei umfasst der erfindungsgemäße Druckwechselabsorber wenigstens ein proportional gesteuertes Ventil (20), mittels welchem eine jeweilige Gasströmung in den wenigstens zwei Trocknungspfaden (18a, 18b) einstellbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum kontinuierlichen Trocknen von Gasen mittels eines solchen Druckwechseladsorbers (10).The present invention relates to a pressure swing adsorber (10) for continuous drying of gases, in particular in a pressure range above 30 bar, comprising an inlet (12) for supplying a gas to be dried, an outlet (46) for discharging the dried gas and at least two drying paths (18a, 18b) arranged parallel to one another between the inlet (12) and the outlet (46), each of which comprises at least one adsorption container (26) for drying a gas flowing through there, with between the inlet (12) and the drying paths ( 18a, 18b) an input manifold (16) is provided and an output manifold (38) is provided between the drying paths (18a, 18b) and the output (46). The pressure swing absorber according to the invention comprises at least one proportionally controlled valve (20), by means of which a respective gas flow in the at least two drying paths (18a, 18b) can be adjusted. The invention further relates to a method for the continuous drying of gases using such a pressure swing adsorber (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckwechseladsorber für ein kontinuierliches Trocknen von Gasen, insbesondere in einem Druckbereich oberhalb von 30 bar, sowie ein Verfahren zum kontinuierlichen Trocknen von Gasen mittels eines derartigen Druckwechseladsorbers.The present invention relates to a pressure swing adsorber for continuous drying of gases, in particular in a pressure range above 30 bar, and to a method for the continuous drying of gases using such a pressure swing adsorber.

Es ist an sich bekannt, zur Aufbereitung von Gasen, beispielsweise in einem Kompressor komprimierter Druckluft, Trocknungsvorrichtungen einzusetzen, in welchen in dem Gas vorliegende Feuchtigkeit gebunden wird, um das Gas auf diese Weise zu trocknen, insbesondere vor einer Abfüllung in entsprechende Druckbehälter. Hierbei weisen die als Adsorptionsbehälter wirkenden Trocknungseinheiten eine gewisse Aufnahmekapazität für Feuchtigkeit auf, sodass es regelmäßig notwendig ist, die sich in solchen Adsorptionsbehältern angesammelte Feuchtigkeit wieder aus diesen zu entfernen, um sie zu regenerieren und weiterhin verwenden zu können.It is known per se to use drying devices for the preparation of gases, for example in a compressor of compressed compressed air, in which moisture present in the gas is bound in order to dry the gas in this way, in particular before filling into appropriate pressure containers. The drying units acting as adsorption containers have a certain absorption capacity for moisture, so that it is regularly necessary to remove the moisture that has accumulated in such adsorption containers in order to regenerate them and continue to use them.

Demzufolge ist zur Ermöglichung eines kontinuierlichen Betriebs derartiger Trocknungseinheiten das Prinzip der Regenerationstrockner (auch unter den englischsprachigen Begriffen „pressure swing adsoption dryer“ bzw. „PSA dryer“ bekannt) vorgeschlagen worden, in welchen zwei parallel zueinander angeordnete Trocknungspfade vorgesehen sind, von welchen sich zu einem jeweiligen Zeitpunkt einer der Trocknungspfade in einem Trocknungsmodus befindet, während der andere in einem Regenerationsmodus vorliegt.Accordingly, to enable continuous operation of such drying units, the principle of regeneration dryers (also known under the English-language terms “pressure swing adsoption dryer” or “PSA dryer”) has been proposed, in which two drying paths arranged parallel to one another are provided, one of which At any given time, one of the drying paths is in a drying mode while the other is in a regeneration mode.

Indem regelmäßig die jeweiligen Modi der beiden Trocknungspfade getauscht werden, kann während einer Trocknung von Gas in einem der beiden Trocknungspfade im jeweiligen anderen Trocknungspfad momentan eine Regeneration des entsprechenden Adsorptionsbehälters stattfinden, um diesen auf ein erneutes Umschalten in den Trocknungsmodus vorzubereiten.By regularly swapping the respective modes of the two drying paths, a regeneration of the corresponding adsorption container can take place momentarily during drying of gas in one of the two drying paths in the other drying path in order to prepare it for switching to the drying mode again.

Das Umschalten zwischen den genannten Betriebsmodi findet in aus dem Stand der Technik bekannten Regenerationstrocknern mittels einfacher Auf-Zu-Ventile bzw. durch schnellschaltende Kugelhähne statt. Ein derartiges schlagartiges Umschalten hat jedoch den Nachteil, dass das in den entsprechenden Adsorptionsbehältern vorgesehene Trocknungsmedium starken Kraftstößen ausgesetzt ist, die zu einer Beschädigung des Materials und zu einer Pulverbildung führen können, wodurch das genannte Material seine Adsorptionsfähigkeit verliert und der entsprechende Adsorptionsbehälter frühzeitig altert. Ferner kann durch eine derartige Pulverbildung ein Ansammeln von Material und damit ein Verstopfen des entsprechenden Trocknungspfads auftreten.Switching between the operating modes mentioned takes place in regeneration dryers known from the prior art using simple on-off valves or quick-switching ball valves. However, such a sudden switching has the disadvantage that the drying medium provided in the corresponding adsorption containers is exposed to strong force shocks, which can lead to damage to the material and to powder formation, as a result of which the said material loses its adsorption capacity and the corresponding adsorption container ages prematurely. Furthermore, such powder formation can cause accumulation of material and thus clogging of the corresponding drying path.

Es ist demzufolge die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen derartigen gattungsgemäßen Druckwechseladsorber derart weiterzubilden, dass eine frühzeitige Alterung des aktiven Materials in den Adsorptionsbehältern vermieden wird und demzufolge ein dauerhafter Betrieb mit einer längeren Lebensdauer erzielt werden kann, was selbstverständlich ebenfalls ökonomische und ökologische Vorteile mit sich bringt.It is therefore the object of the present invention to develop such a generic pressure swing adsorber in such a way that premature aging of the active material in the adsorption containers is avoided and, as a result, long-term operation with a longer service life can be achieved, which of course also has economic and ecological advantages brings.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Druckwechseladsorber für ein kontinuierliches Trocknen von Gasen, insbesondere in einem Druckbereich oberhalb von 30 bar, vorgeschlagen, welcher einen Eingang zum Zuführen eines zu trocknenden Gases, einen Ausgang zum Ausgeben des getrockneten Gases und wenigstens zwei parallel zueinander zwischen dem Eingang und dem Ausgang angeordnete Trocknungspfade umfasst, welche jeweils wenigstens einen Adsorptionsbehälter zum Trocknen eines dort hindurchströmenden Gases umfassen, wobei zwischen dem Eingang und den Trocknungspfaden eine Eingangs-Sammelleitung vorgesehen ist und zwischen den Trocknungspfaden und dem Ausgang eine Ausgangs-Sammelleitung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckwechseladsorber wenigstens ein proportional gesteuertes Ventil umfasst, mittels welchem eine jeweilige Gasströmung in den wenigstens zwei Trocknungspfaden regelbar, zu- und abströmbar ist.To solve this problem, according to the invention, a pressure swing adsorber for continuous drying of gases, in particular in a pressure range above 30 bar, is proposed, which has an inlet for supplying a gas to be dried, an outlet for dispensing the dried gas and at least two parallel to each other between the Drying paths arranged at the inlet and the outlet, each of which comprises at least one adsorption container for drying a gas flowing therethrough, an inlet manifold being provided between the inlet and the drying paths and an outlet manifold being provided between the drying paths and the outlet, characterized that the pressure swing adsorber comprises at least one proportionally controlled valve, by means of which a respective gas flow in the at least two drying paths can be regulated, inflowed and outflowed.

Indem auf diese Weise gemäß der vorliegenden Erfindung über wenigstens ein proportional gesteuertes Ventil das Umschalten der beiden Trocknungspfade zwischen einem jeweiligen Trocknungsbetrieb und einem Regenerationsbetrieb ermöglicht wird, kann dieser Umschaltvorgang wesentlich schonender durchgeführt werden, als dies mit einfachen Auf-Zu-Ventilen möglich wäre, wodurch das Auftreten von Druck- und Kraftspitzen in den jeweiligen Trocknungspfaden vermieden wird und demzufolge die Adsorptionsbehälter sowie das darin befindliche aktive Material keinen übermäßigen mechanischen Belastungen ausgesetzt werden.By making it possible to switch the two drying paths between a respective drying operation and a regeneration operation via at least one proportionally controlled valve in this way according to the present invention, this switching process can be carried out much more gently than would be possible with simple open-close valves, whereby the occurrence of pressure and force peaks in the respective drying paths is avoided and, as a result, the adsorption containers and the active material contained therein are not exposed to excessive mechanical stress.

Hierbei werden als proportional gesteuerte Ventile bzw. Proportionalventile Steigventile bezeichnet, die mittels eines Proportionalmagneten nicht nur diskrete Schaltstellungen zulassen, wie dies bei den genannten Auf-Zu-Ventilen der Fall ist, sondern vielmehr einen stetigen Übergang der Ventilöffnung. Demzufolge werden veränderliche Volumenströme in den wenigstens zwei Trocknungspfaden ermöglicht, indem zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung graduell ein stetiger Bereich von Zwischenstellungen während eines zeitlichen Schaltfensters durchlaufen wird. Insbesondere sind zu diesem Zweck Hochdruck-Regulier- und Absperrventile mit Gewinde bevorzugt, da sie eine gute Regelbarkeit bieten und eine Proportionalität hinsichtlich ihrer Drehgeschwindigkeit und Positionierbarkeit aufweisen.Here, proportionally controlled valves or proportional valves are referred to as riser valves, which, by means of a proportional magnet, not only allow discrete switching positions, as is the case with the open-closed valves mentioned, but rather a constant transition of the valve opening. As a result, variable volume flows in the at least two drying paths are made possible by gradually creating a continuous range of intermediate positions between an open and a closed position over time switching window is passed through. In particular, threaded high-pressure regulating and shut-off valves are preferred for this purpose because they offer good controllability and are proportional in terms of their rotational speed and positioning.

Wenngleich es denkbar wäre, in einem erfindungsgemäßen Druckwechseladsorber ein einzelnes Wegeventil mit einer Mehrzahl von jeweiligen Ausgängen für jeden der Trocknungspfade und einem einzelnen Eingang zum selektiven Zuführen von zu trocknendem Gas zu jeweils lediglich einem der Trocknungspfade vorzusehen, so kann in einer bevorzugten Ausführungsform jedem der Trocknungspfade ein jeweiliges proportional gesteuertes Ventil zugeordnet sein, wobei die proportional gesteuerten Ventile der Trocknungspfade für einen koordinierten Betrieb eingerichtet sind. Demzufolge kommen in der genannten Ausführungsform mehrere verstellbare Stromventile als proportional gesteuerte Ventile zum Einsatz, die weniger aufwendig aufgebaut und demzufolge kostengünstiger bereitzustellen sind und in einer geeigneten Weise koordiniert betrieben werden können.Although it would be conceivable to provide a single directional control valve with a plurality of respective outputs for each of the drying paths and a single input for selectively supplying gas to be dried to only one of the drying paths in a pressure swing adsorber according to the invention, in a preferred embodiment each of the drying paths a respective proportionally controlled valve may be assigned, the proportionally controlled valves of the drying paths being set up for coordinated operation. As a result, in the embodiment mentioned, several adjustable flow valves are used as proportionally controlled valves, which are less complex in construction and therefore more cost-effective to provide and can be operated in a suitable, coordinated manner.

Wenngleich ein derartiges Umschalten des wenigstens einen proportional gesteuerten Ventils zur selektiven Versorgung von wenigstens einem Trocknungspfad auch über eine einfache Schaltlogik geschehen könnte, beispielsweise rein zeitgesteuert, so kann in einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäße Druckwechseladsorber ferner eine Steuereinheit umfassen, welche mit dem wenigstens einen proportional gesteuerten Ventil betriebsmäßig gekoppelt und dazu eingerichtet ist, es während eines Trocknungsbetriebs des Druckwechseladsorbers anzusteuern.Although such a switching of the at least one proportionally controlled valve for the selective supply of at least one drying path could also take place via a simple switching logic, for example purely time-controlled, in a preferred embodiment the pressure swing adsorber according to the invention can further comprise a control unit which is connected to the at least one proportionally controlled Valve is operationally coupled and set up to control it during drying operation of the pressure swing adsorber.

Auf diese Weise wird eine verbesserte Steuerung bzw. Regelung des Betriebs des wenigstens einen proportional gesteuerten Ventils ermöglicht und es ist denkbar, für die Steuerung bzw. Regelung auf weitere Betriebsparameter zuzugreifen, die beispielsweise von geeigneten Sensoreinheiten oder externen Datenquellen geliefert werden können. Beispielsweise kann der erfindungsgemäße Druckwechseladsorber ferner wenigstens einen Durchflusssensor umfassen, welcher dazu eingerichtet ist, eine momentane Durchflussrate an Gas zu bestimmen, wobei der wenigstens eine Durchflusssensor gegebenenfalls betriebsmäßig mit der Steuereinheit gekoppelt sein kann, um die momentane Durchflussrate betreffende Daten für die Steuerung des wenigstens einen proportional gesteuerten Ventils zu liefern und somit beispielsweise auf eine unerwünscht niedrige Durchflussrate in einem der Trocknungspfade hinzuweisen.In this way, improved control or regulation of the operation of the at least one proportionally controlled valve is made possible and it is conceivable to access further operating parameters for the control or regulation, which can be supplied, for example, by suitable sensor units or external data sources. For example, the pressure swing adsorber according to the invention can further comprise at least one flow sensor, which is set up to determine a current flow rate of gas, wherein the at least one flow sensor can optionally be operationally coupled to the control unit in order to obtain data relating to the current flow rate for the control of the at least one proportionally controlled valve and thus, for example, to indicate an undesirably low flow rate in one of the drying paths.

Insbesondere kann jedem der Trocknungspfade wenigstens ein derartiger Durchflusssensor zugeordnet sein, welcher vorzugsweise stromaufwärts des entsprechenden Adsorptionsbehälters angeordnet sein kann. Ferner könnte alternativ oder zusätzlich ebenfalls daran gedacht werden, wenigstens einen Feuchtigkeitssensor in dem erfindungsgemäßen Druckwechseladsorber zu integrieren, wobei in einer solchen Ausführungsform beispielsweise bei einem Überschreiten eines Feuchtigkeitsgrenzwerts in dem bereits getrockneten Gas festgestellt werden könnte, dass der momentan in einem Trocknungsmodus betriebene Trocknungspfad seine maximale Aufnahmefähigkeit erreicht hat und demzufolge ein Umschalten zu einem anderen Trocknungspfad notwendig ist, welcher zuletzt regeneriert worden ist, um die gewünschte Trocknungseffizienz des zu behandelnden Gases sicherstellen zu können.In particular, each of the drying paths can be assigned at least one such flow sensor, which can preferably be arranged upstream of the corresponding adsorption container. Furthermore, alternatively or additionally, it could also be considered to integrate at least one moisture sensor in the pressure swing adsorber according to the invention, wherein in such an embodiment, for example, if a moisture limit value in the already dried gas is exceeded, it could be determined that the drying path currently operated in a drying mode is at its maximum Receptivity has been reached and as a result it is necessary to switch to another drying path, which was last regenerated, in order to be able to ensure the desired drying efficiency of the gas to be treated.

Wenngleich unterschiedliche aktive Materialien denkbar sind, die in den jeweiligen Adsorptionsbehältern der einzelnen Trocknungspfade zum Einsatz kommen können, so kann beispielsweise jeder der Adsorptionsbehälter ein Molekularsieb mit einer vorbestimmten Aufnahmekapazität für dampfförmiges Wasser umfassen. Derartige Molekularsiebe zeigen hervorragende Trocknungseigenschaften in der hier beschriebenen Anwendung, sind jedoch, wie weiter oben bereits angedeutet, relativ empfindlich gegen schlagartige Druckveränderungen, sodass der erfindungsgemäße Einsatz von proportional gesteuerten Ventilen für derartige Molekularsiebe besonders bevorzugt ist.Although different active materials are conceivable that can be used in the respective adsorption containers of the individual drying paths, each of the adsorption containers can, for example, comprise a molecular sieve with a predetermined holding capacity for vaporous water. Such molecular sieves show excellent drying properties in the application described here, but, as already indicated above, are relatively sensitive to sudden pressure changes, so that the use of proportionally controlled valves according to the invention for such molecular sieves is particularly preferred.

Auch um die Trocknungspfade in ihren Regenerationsbetrieb zu versetzen, sind unterschiedliche Ansätze und Ausführungsformen denkbar, beispielsweise könnte ein einfaches Spülen der entsprechenden Adsorptionsbehälter mit Frischluft vorgesehen sein, mit welchem Feuchtigkeit aus diesen ausgebracht werden könnte. Um jedoch die Effizienz des Regenerationsbetriebs zu steigern, kann ebenfalls vorgesehen sein, dass jedem der Trocknungspfade ferner eine Vakuumpumpe zugeordnet ist, die dazu eingerichtet ist, in einem Betriebszustand, in welchem durch den entsprechenden Trocknungspfad kein zu trocknendes Gas strömt, einen Unterdruck darin zu erzeugen, wobei die jeweilige Vakuumpumpe dem entsprechenden Trocknungspfad über eine Unterdruckleitung zugeordnet ist. Hierbei versteht sich, dass der erfindungsgemäße Druckwechseladsorber nicht zwangsläufig mehrere Vakuumpumpen umfassen muss, sondern dass auch eine einzelne Vakuumpumpe über jeweilige Unterdruckleitungen jedem der Trocknungspfade in einer parallel geschalteten Weise zugeordnet sein kann.In order to put the drying paths into their regeneration mode, different approaches and embodiments are conceivable, for example a simple flushing of the corresponding adsorption containers with fresh air could be provided, with which moisture could be removed from them. However, in order to increase the efficiency of the regeneration operation, it can also be provided that each of the drying paths is further assigned a vacuum pump, which is set up to generate a negative pressure therein in an operating state in which no gas to be dried flows through the corresponding drying path , whereby the respective vacuum pump is assigned to the corresponding drying path via a vacuum line. It is understood that the pressure swing adsorber according to the invention does not necessarily have to include several vacuum pumps, but that a single vacuum pump can also be assigned to each of the drying paths in a parallel-connected manner via respective vacuum lines.

Auch zur Inbetriebnahme bzw. Ankopplung der entsprechenden Vakuumpumpe/n für den angesprochenen Regenerationsbetrieb der entsprechenden Trocknungspfade kann jeder der Unterdruckleitungen ebenfalls ein proportional gesteuertes Ventil zugeordnet sein, um auch hier das Auftreten von Druck- und Kraftspitzen in den jeweiligen Trocknungspfaden beim Übergang in den Regenerationsbetrieb zu vermeiden.Also for commissioning or coupling the corresponding vacuum pump/s for the mentioned regeneration operation Each of the vacuum lines can also be assigned a proportionally controlled valve to the drying paths in order to avoid the occurrence of pressure and force peaks in the respective drying paths during the transition to regeneration operation.

Um eine vereinfachte Montage sowie Wartung und gegebenenfalls Ersetzung der angesprochenen proportional gesteuerten Ventile zu ermöglichen, können die den Trocknungspfaden zugeordneten proportional gesteuerten Ventile und die den Unterdruckleitungen zugeordneten proportional gesteuerten Ventile gemeinsam in einem einzelnen ersten Ventilblock integriert oder verbaut sein, welcher als Ganzes aus dem Druckwechseladsorber ausbaubar ist. Auf diese Weise kann der Austausch einzelner Ventile vermieden werden, sodass durch das Ersetzen des gesamten Ventilblocks als einheitliche Baugruppe Zeit und Aufwand in derartigen Fällen eingespart werden können.In order to enable simplified assembly and maintenance and, if necessary, replacement of the proportionally controlled valves mentioned, the proportionally controlled valves assigned to the drying paths and the proportionally controlled valves assigned to the vacuum lines can be integrated or installed together in a single first valve block, which as a whole consists of the pressure swing adsorber can be expanded. In this way, the replacement of individual valves can be avoided, so that time and effort can be saved in such cases by replacing the entire valve block as a unified assembly.

Ferner kann der erfindungsgemäße Druckwechseladsorber in jedem der Trocknungspfade ein Rückschlagventil umfassen und/oder die Trocknungspfade können über wenigstens eine Verbindungsleitung mit einer einstellbaren Düse miteinander verbunden sein, welche stromabwärts der jeweiligen Adsorptionsbehälter angeordnet ist. Hierbei dienen sowohl die genannten Rückschlagventile als auch die Verbindungsleitung mit einer einstellbaren Düse als Sicherheitsvorkehrung, die ein Beschädigen der weiteren in den Trocknungspfaden vorgesehenen Komponenten verhindern sollen.Furthermore, the pressure swing adsorber according to the invention can comprise a check valve in each of the drying paths and/or the drying paths can be connected to one another via at least one connecting line with an adjustable nozzle, which is arranged downstream of the respective adsorption container. Both the check valves mentioned and the connecting line with an adjustable nozzle serve as a safety precaution to prevent damage to the other components provided in the drying paths.

Auch die Rückschlagventile und die Verbindungsleitung können in einem zweiten Ventilblock integriert sein, welcher als Ganzes aus dem Druckwechseladsorber ausbaubar ist, wobei der zweite Ventilblock vorzugsweise ferner eine Filtereinheit zur weiteren Reinigung des zu trocknenden Gases pro Trocknungspfad umfasst. Auch durch diese Maßnahme wird eine vereinfachte Montage und Wartung des erfindungsgemäßen Druckwechseladsorbers ermöglicht.The check valves and the connecting line can also be integrated in a second valve block, which can be removed as a whole from the pressure swing adsorber, the second valve block preferably further comprising a filter unit for further cleaning of the gas to be dried per drying path. This measure also enables simplified assembly and maintenance of the pressure swing adsorber according to the invention.

Ferner kann der erfindungsgemäße Druckwechseladsorber wenigstens eine Messeinheit zum Bestimmen eines Taupunkts und/oder eines Drucks umfassen, welche wiederum Daten für den Betrieb der Steuereinheit zur Ansteuerung der Ventile liefern oder auch zur Qualitätsüberprüfung des auszugebenden Gases beitragen können.Furthermore, the pressure swing adsorber according to the invention can comprise at least one measuring unit for determining a dew point and/or a pressure, which in turn can provide data for the operation of the control unit for controlling the valves or can also contribute to checking the quality of the gas to be dispensed.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum kontinuierlichen Trocknen von Gasen mittels eines erfindungsgemäßen Druckwechseladsorbers der oben beschriebenen Art, wobei durch eine entsprechende Ansteuerung des wenigstens einen proportional gesteuerten Ventils die Strömung des zu trocknenden Gases zwischen den wenigstens zwei Trocknungspfaden in einer graduellen Weise umgeschaltet wird. Hierdurch werden gemäß den oben beschriebenen Prinzipien Druck- und Kraftspitzen vermieden und Beschädigungen der Adsorptionsbehälter sowie des darin aufgenommenen aktiven Mediums zuverlässig verhindert.According to a second aspect, the present invention relates to a method for the continuous drying of gases by means of a pressure swing adsorber according to the invention of the type described above, wherein by appropriately controlling the at least one proportionally controlled valve, the flow of the gas to be dried between the at least two drying paths in a gradual manner is switched. In this way, pressure and force peaks are avoided in accordance with the principles described above and damage to the adsorption containers and the active medium contained therein is reliably prevented.

Da erfindungsgemäße Druckwechseladsorber beispielsweise am Ausgang von Kompressoren, insbesondere für die Abfüllung von Druckluft, zum Einsatz kommen können, kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren das bei dem Eingang des Druckwechseladsorbers zugeführte Gas einen Druck von mehr als 30 bar aufweisen und/oder Druckluft sein.Since pressure swing adsorbers according to the invention can be used, for example, at the outlet of compressors, in particular for filling compressed air, in the method according to the invention the gas supplied at the inlet of the pressure swing adsorber can have a pressure of more than 30 bar and/or be compressed air.

Wie oben bereits anhand der zu diesem Zweck einsetzbaren Komponenten des erfindungsgemäßen Druckwechseladsorbers beschrieben, kann ferner in dem erfindungsgemäßen Verfahren die Umschaltung der Strömung des zu trocknenden Gases zwischen den wenigstens zwei Trocknungspfaden durch die Steuereinheit auf Grundlage von durch den wenigstens einen Durchflusssensor und/oder die wenigstens eine Messeinheit gelieferten Daten erfolgen.As already described above with reference to the components of the pressure swing adsorber according to the invention that can be used for this purpose, in the method according to the invention the switching of the flow of the gas to be dried between the at least two drying paths can be carried out by the control unit on the basis of the at least one flow sensor and / or the at least data supplied by a measuring unit.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform davon noch deutlicher, wenn diese gemeinsam mit der beiliegenden 1 betrachtet wird.Further features and advantages of the present invention will become more apparent from the following description of an embodiment thereof when taken together with the accompanying 1 is looked at.

Diese 1 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Druckwechseladsorbers. Hierin ist in 1 der erfindungsgemäße Druckwechseladsorber ganz allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet und kann beispielsweise am Ausgang eines nicht weiter dargestellten Kompressors angebaut sein, welcher ein unter Druck stehendes Gas liefert, beispielsweise Druckluft in einem Druckbereich von über 30 bar.This 1 shows a schematic view of a pressure swing adsorber according to the invention. Herein is in 1 The pressure swing adsorber according to the invention is generally designated by the reference number 10 and can, for example, be installed at the outlet of a compressor, not shown, which supplies a pressurized gas, for example compressed air in a pressure range of over 30 bar.

Hierbei wird das zugeführte zu trocknende Gas an einem Eingang 12 in den Druckwechseladsorber 10 eingegeben, hinter welchem zunächst einmal ein Sicherheits- bzw. Überdruckventil 14 vorgesehen ist, welches bei einem Überschreiten eines vorbestimmten Druckwerts öffnet, um eine Beschädigung der stromabwärts liegenden Komponenten bei einem Auftreten eines unvorhergesehen hohen Drucks zu verhindern.Here, the supplied gas to be dried is entered into the pressure swing adsorber 10 at an inlet 12, behind which a safety or pressure relief valve 14 is initially provided, which opens when a predetermined pressure value is exceeded in order to prevent damage to the downstream components in the event of an occurrence to prevent unexpectedly high pressure.

Stromabwärts des Sicherheitsventils 14 teilt sich eine Eingangs-Sammelleitung 16 in zwei Zweige auf, welche jeweils einem ersten bzw. einem zweitem Trocknungspfad 18a und 18b entsprechen. Hierbei sind die beiden Trocknungspfade 18a und 18b identisch zueinander aufgebaut, sodass im Folgenden lediglich eine allgemeine Beschreibung eines dieser Trocknungspfade 18a, 18b gegeben werden wird.Downstream of the safety valve 14, an input manifold 16 is divided into two branches, each of which corresponds to a first and a second drying path 18a and 18b. Here, the two drying paths 18a and 18b are constructed identically to one another, so that Only a general description of one of these drying paths 18a, 18b will be given below.

Unmittelbar hinter dem Verzweigungspunkt der Eingangs-Sammelleitung 16 in die beiden Trocknungspfade 18a, 18b findet sich in jedem der Trocknungspfade 18a, 18b ein proportional gesteuertes Ventil 20, welches ein Öffnen bzw. Schließen in einer graduellen Weise ermöglicht, wobei somit durch einen koordinierten Betrieb der beiden proportional gesteuerten Ventile 20 erlaubt wird, das über den Eingang 12 in den Druckwechseladsorber 10 eingegebene zu trocknende Gas nur jeweils einem der beiden Trocknungspfade 18a bzw. 18b zuzuführen.Immediately behind the branching point of the input manifold 16 into the two drying paths 18a, 18b there is a proportionally controlled valve 20 in each of the drying paths 18a, 18b, which enables opening or closing in a gradual manner, thus through coordinated operation of the two proportionally controlled valves 20 are allowed to supply the gas to be dried, which is entered into the pressure swing adsorber 10 via the input 12, to only one of the two drying paths 18a and 18b.

Hierbei ist für die Koordinierung des Betriebs der beiden proportional gesteuerten Ventile 20 eine Steuereinheit 22 vorgesehen, welche betriebsmäßig mit den beiden Ventilen 20 gekoppelt und zu deren Ansteuerung eingerichtet ist. Stromabwärts der proportional gesteuerten Ventile 20 findet sich in den beiden Trocknungspfaden 18a, 18b zunächst jeweils eine Druckanzeige bzw. ein Manometer 24, mit welchem an dieser Stelle der in dem Trocknungspfad 18a bzw. 18b herrschende Druck bestimmt werden kann. Dieser an dieser Stelle gemessene Druck kann beispielsweise ebenfalls über eine entsprechende Datenverbindung der Steuereinheit 22 zugeführt werden und dort als Steuerungs- bzw. Regelgröße dienen.Here, a control unit 22 is provided for coordinating the operation of the two proportionally controlled valves 20, which is operationally coupled to the two valves 20 and is set up to control them. Downstream of the proportionally controlled valves 20, there is initially a pressure indicator or a pressure gauge 24 in each of the two drying paths 18a, 18b, with which the pressure prevailing in the drying path 18a and 18b can be determined at this point. This pressure measured at this point can, for example, also be supplied to the control unit 22 via a corresponding data connection and serve there as a control or regulation variable.

Weiter stromabwärts von der Druckanzeige 24 findet sich nunmehr ein Adsorptionsbehälter 26, welcher als aktives Material zum Trocknen von hindurchströmendem Gas ein Molekularsieb mit einer vorbestimmten Aufnahmefähigkeit für dampfförmiges Wasser umfasst.Further downstream from the pressure indicator 24 there is now an adsorption container 26, which comprises a molecular sieve with a predetermined absorption capacity for vaporous water as the active material for drying gas flowing through.

Hieran anschließend sind jeweilige Filtereinheiten 28 und Rückschlagventile 30 in den beiden Trocknungspfaden 18a und 18b vorgesehen, wobei zwischen den Filtereinheiten 28 und den Rückschlaggentilen 30 eine Verbindungsleitung 32 zwischen den beiden Trocknungspfaden 18a, 18b vorgesehen ist, in welcher eine einstellbare Düse 34 integriert ist. Hierbei dienen sämtliche der Komponenten 28 bis 34 als Sicherheitsvorrichtungen, wobei sie in Form eines Ventilblocks 36 integriert sind, welcher als Ganzes aus dem Druckwechseladsorber 10 ausbaubar und somit in einfacher Weise ersetzbar ist.Following this, respective filter units 28 and check valves 30 are provided in the two drying paths 18a and 18b, with a connecting line 32 between the two drying paths 18a, 18b being provided between the filter units 28 and the check valves 30, in which an adjustable nozzle 34 is integrated. All of the components 28 to 34 serve as safety devices, being integrated in the form of a valve block 36, which can be removed as a whole from the pressure swing adsorber 10 and can therefore be easily replaced.

Stromabwärts der Rückschlagventile 30 sind die beiden Trocknungspfade 18a und 18b nunmehr über eine Ausgangs-Sammelleitung 38 miteinander verbunden, in welcher ein weiterer Filter 40, ein Druckhalteventil 42 und ein Taupunkt-Messgerät 44 vorgesehen sind, welches erneut Daten an die Steuereinheit 22 als Eingangsgröße für eine Steuerung oder Regelung des Betriebs der proportional gesteuerten Ventile 20 liefern kann. Schließlich kann das getrocknete Gas an einem Ausgang 46 entnommen und einer weiteren Verwendung zugeführt werden.Downstream of the check valves 30, the two drying paths 18a and 18b are now connected to one another via an output manifold 38, in which a further filter 40, a pressure-maintaining valve 42 and a dew point measuring device 44 are provided, which again sends data to the control unit 22 as an input variable for can provide control or regulation of the operation of the proportionally controlled valves 20. Finally, the dried gas can be removed at an outlet 46 and fed for further use.

Um neben dem bereits angesprochenen Trocknungsbetrieb von zugeführtem Gas ferner einen Regenerationsbetrieb der jeweiligen Adsorptionsbehälter 26 der beiden Trocknungspfade 18a und 18b zu ermöglichen, ist jedem von diesen ferner eine Unterdruckleitung 48 zugeordnet, welche durch eine jeweilige Vakuumpumpe 50 mit einem Unterdruck beaufschlagt werden kann. Hierbei kann eine einzelne Vakuumpumpe 50 vorgesehen sein oder jedem der Trocknungspfade 18a, 18b eine eigene Vakuumpumpe 50 zur Verfügung stehen. Durch das Vorsehen der wenigstens einen Vakuumpumpe 50 können niedrige Taupunkte sowie eine hohe Aufnahmekapazität des Trocknungsmaterials erzielt werden.In order to enable, in addition to the already mentioned drying operation of supplied gas, a regeneration operation of the respective adsorption containers 26 of the two drying paths 18a and 18b, each of these is also assigned a vacuum line 48, which can be subjected to a vacuum by a respective vacuum pump 50. Here, a single vacuum pump 50 can be provided or each of the drying paths 18a, 18b can have its own vacuum pump 50. By providing at least one vacuum pump 50, low dew points and a high absorption capacity of the drying material can be achieved.

Auch die beiden Unterdruckleitungen 48 sind mit einem jeweiligen proportional steuerbaren Ventil 52 versehen, welche in ähnlicher Weise wie die oben bereits angesprochenen Ventile 20 durch die Steuereinheit 22 ansteuerbar und betreibbar sind. Des Weiteren umfassen die Unterdruckleitungen 48 ein jeweiliges Taupunkt-Messgerät 54 und einen Durchflusssensor 56, welche erneut betriebsmäßig mit der Steuereinheit 22 gekoppelt sind und Daten zum Betreiben der Ventile 20 bzw. 52 liefern. Hierbei sei darauf hingewiesen, dass derartige Durchflusssensoren 56 alternativ oder zusätzlichen in gleicher Weise ebenfalls den Trocknungspfaden 18a, 18b zugeordnet sein.The two vacuum lines 48 are also provided with a respective proportionally controllable valve 52, which can be controlled and operated by the control unit 22 in a similar manner to the valves 20 already mentioned above. Furthermore, the vacuum lines 48 include a respective dew point measuring device 54 and a flow sensor 56, which are again operationally coupled to the control unit 22 and provide data for operating the valves 20 and 52, respectively. It should be noted here that such flow sensors 56 can alternatively or additionally also be assigned to the drying paths 18a, 18b in the same way.

Indem nun in einem der beiden Trocknungspfade 18a bzw. 18b das erste proportional gesteuerte Ventil 20 geschlossen und das zweite proportional gesteuerte Ventil 52 geöffnet wird, um den von der Vakuumpumpe 50 erzeugten Unterdruck anzulegen, wird der entsprechende Adsorptionsbehälter 26 regeneriert, da in ihm angesammelte Feuchtigkeit wieder aus ihm ausgetragen wird, um ihn auf einen zukünftigen Trocknungsbetrieb vorzubereiten.By now closing the first proportionally controlled valve 20 in one of the two drying paths 18a and 18b and opening the second proportionally controlled valve 52 in order to apply the negative pressure generated by the vacuum pump 50, the corresponding adsorption container 26 is regenerated because moisture has accumulated in it is removed from it again in order to prepare it for a future drying operation.

Zuletzt sei darauf hingewiesen, dass die Ventile 14, 20 und 52 ebenfalls sämtlich in einem einzelnen Ventilblock integriert sind, welcher einheitlich austauschbar und ersetzbar ist, um bei einer Wartung bzw. Montage des Druckwechseladsorbers 10 Zeit und Aufwand sparen zu können. Dieser weitere Ventilblock ist in 1 mit dem Bezugszeichen 58 bezeichnet.Finally, it should be noted that the valves 14, 20 and 52 are also all integrated in a single valve block, which is uniformly interchangeable and replaceable in order to be able to save time and effort when maintaining or assembling the pressure swing adsorber 10. This additional valve block is in 1 designated by the reference number 58.

Claims

Pressure swing adsorber (10) for continuous drying of gases, in particular in a pressure range above 30 bar, comprising: - an inlet (12) for supplying a gas to be dried; - an outlet (46) for discharging the dried gas; and - at least two drying paths (18a, 18b) arranged parallel to one another between the inlet (12) and the outlet (46), each of which comprises at least one adsorption container (26) for drying a gas flowing through there; wherein an input manifold (16) is provided between the input (12) and the drying paths (18a, 18b) and an output manifold (38) is provided between the drying paths (18a, 18b) and the output (46); characterized in that it comprises at least one proportionally controlled valve (20), by means of which a respective gas flow in the at least two drying paths (18a, 18b) can be regulated.

Pressure swing adsorber (10). Claim 1 , characterized in that each of the drying paths (18a, 18b) is assigned a respective proportionally controlled valve (20), the proportionally controlled valves (20) of the drying paths (18a, 18b) being set up for coordinated operation.

Pressure swing adsorber (10) according to one of the preceding claims, further comprising a control unit (22) which is operationally coupled to the at least one proportionally controlled valve (20) and is set up to control it during a drying operation of the pressure swing adsorber (10).

Pressure swing adsorber (10) according to one of the preceding claims, further comprising at least one flow sensor (56), which is set up to determine a current flow rate of gas, the at least one flow sensor (56) optionally being operationally coupled to the control unit (22). is to provide data relating to the current flow rate for the control of the at least one proportionally controlled valve (20).

Pressure swing adsorber (10). Claim 4 , characterized in that each of the drying paths (18a, 18b) is assigned at least one flow sensor (56), which is preferably arranged upstream of the corresponding adsorption container (26).

Pressure swing adsorber (10) according to one of the preceding claims, characterized in that each of the adsorption containers (26) comprises a molecular sieve with a predetermined holding capacity for vaporous water.

Pressure swing adsorber (10) according to one of the preceding claims, characterized in that each of the drying paths (18a, 18b) is further assigned a vacuum pump (50), which is set up to operate in an operating state in which the corresponding drying path (18a, 18b ) no gas to be dried flows to generate a negative pressure therein, the respective vacuum pump (50) being assigned to the corresponding drying path (18a, 18b) via a negative pressure line (48).

Pressure swing adsorber (10). Claim 7 , characterized in that each vacuum line (48) is also assigned a proportionally controlled valve (52).

Pressure swing adsorber (10). Claim 8 , characterized in that the proportionally controlled valves (20) assigned to the drying paths (18a, 18b) and the proportionally controlled valves (52) assigned to the vacuum lines (48) are integrated together in a single valve block (58), which as a whole consists of the Pressure swing adsorber (10) can be removed.

Pressure swing adsorber (10) according to one of the preceding claims, characterized in that each of the drying paths (18a, 18b) is assigned a check valve (30) and / or the drying paths (18a, 18b) via at least one connecting line (32) with an adjustable nozzle (34) are connected to each other, which is arranged downstream of the respective adsorption container (26).

Pressure swing adsorber (10). Claim 10 , thereby the check valves (30) and the connecting line (32) are integrated in a second valve block (36), which can be removed as a whole from the pressure swing adsorber (10), the second valve block (36) preferably also having a filter unit (28) per Drying path (18a, 18b).

Pressure swing adsorber (10) according to one of the preceding claims, further comprising at least one measuring unit (44) for determining a dew point and/or a pressure.

Method for the continuous drying of gases by means of a pressure swing adsorber (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the flow of the at least one proportionally controlled valve (20) is controlled by a corresponding control Gas to be dried is switched between the at least two drying paths (18a, 18b) in a gradual manner.

Procedure according to Claim 13 , characterized in that the gas supplied at the inlet (12) of the pressure swing adsorber (10) has a pressure of more than 30 bar and/or is compressed air.

Procedure according to Claim 13 or Claim 14 , characterized in that the switching of the flow of the gas to be dried between the at least two drying paths (18a, 18b) by the control unit (22) on the basis of the at least one flow sensor (56) and / or the at least one measuring unit (44) supplied data takes place.