ТРАНСПОРТНЫЙ ГЕНЕРАТОР АЗОТА Российский патент 2007 года по МПК A62C3/00 C01B21/02 B01D53/02 

Изобретение относится к системам генерирования инертной газовой среды с высоким содержанием азота, а именно к транспортному генератору азота, предназначенному для создания безопасных условий труда и обеспечения технологических процессов в нефтедобывающей, газовой, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, лакокрасочной, фармацевтической и пищевой промышленности, а также к системам, используемым для защиты объектов различного назначения от возгорания и для подавления очагов открытого огня.

Известен транспортный генератор азота для нефтегазовой промышленности по патенту RU №2189264, кл. А62С 3/02, опубл. 20.09.2002 г., который содержит многоступенчатый компрессор, мембранный газоразделительный блок, систему очистки воздуха от паров и капельной влаги, газоанализатор, фильтр тонкой очистки.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является генератор азота для создания инертной технологической газовой среды по патенту RU №2223138, по кл. В01D 53/22, опубл. 10.02.2004 г., который содержит многоступенчатый компрессор, охлаждающий теплообменник с контуром охлаждения, выходной нагнетательный блок, газоразделительный блок, регулятор расхода охлажденной жидкости, фильтр, блок сравнения.

Недостатком известных аналогов является их низкий коэффициент полезного действия КПД вследствие того, что воздух, обогащенный кислородом, после газоразделительного блока выбрасывается в атмосферу и в дальнейшем не используется.

Технической задачей предлагаемого к патентованию изобретения является повышение коэффициента полезного действия /КПД/ транспортного генератора азота.

Поставленная техническая задача решается новой совокупностью существенных признаков, позволяющих получить новый технический результат, за счет того, что генератор, включающий многоступенчатый компрессор, охлаждающий теплообменник с контуром охлаждения, систему очистки от паров и капельной влаги с фильтром, регулятор расхода охлаждающей жидкости и блок сравнения, согласно изобретению снабжен двигателем внутреннего сгорания, соединенным с одной стороны через муфту с многоступенчатым компрессором, а со стороны впускного коллектора посредством трубопровода кислорода соединен с выходом газораспределителя, вход которого соединен с газоразделительным блоком, а со стороны выпускного коллектора двигатель внутреннего сгорания соединен с входом каталитического нейтрализатора, другой вход которого соединен с газоразделительным блоком посредством трубопровода кислорода, при этом трубопровод кислорода, подсоединенный к двигателю внутреннего сгорания с его обеих сторон от впускного и выпускного коллекторов, образует связующее звено между подмембранным пространством газоразделительного блока, впускным и выпускным коллекторами, при этом каталитический нейтрализатор установлен в выпускном коллекторе 18, а к впускному коллектору подсоединен газораспределитель.

На чертеже показана схема транспортного генератора азота.

Генератор содержит многоступенчатый компрессор 1, двигатель внутреннего сгорания 2, муфту 3, охлаждающий теплообменник 4 с контуром 5 охлаждения, в котором установлен регулятор 6 расхода охлаждающей жидкости, систему 7 очистки от паров и капельной влаги, фильтр 8, воздушный трубопровод 9, газоразделительный блок 10, газоанализатор 11 измерения концентрации кислорода, блок 12 сравнения текущего уровня концентрации кислорода, электрическую связь 20, трубопровод 13 кислорода, трубопровод 14 азота, газораспределитель 15, впускной коллектор 16, каталитический нейтрализатор 17, выпускной коллектор 18 и раму 19, к которой прикреплен транспортный генератор азота.

К многоступенчатому компрессору 1, к предпоследней ступени через охлаждающий теплообменник 4, систему 7 очистки паров и капельной влаги, фильтр 8, посредством воздушного трубопровода 9 подсоединен газоразделительный блок 10, надмембранное пространство которого через газоанализатор 11 и трубопровод 14 азота соединено с последней ступенью многоступенчатого компрессора 1.

Расположенный на трубопроводе 14 азота газоанализатор 11 измерения концентрации кислорода соединен посредством электрической связи 20 с блоком 12 сравнения текущего уровня концентрации кислорода и с регулятором 6 расхода охлаждающей жидкости, расположенным на охлаждающем теплообменнике 4.

Двигатель внутреннего сгорания 2 соединен с одной стороны через муфту 3 с многоступенчатым компрессором 1, со стороны впускного коллектора 16 посредством трубопровода 13 кислорода соединен с выходом газораспределителя 15, вход последнего соединен с газоразделительным блоком 10, а со стороны выпускного коллектора 18 двигатель внутреннего сгорания 2 соединен с входом каталитического нейтрализатора 17, другой вход каталитического нейтрализатора 17 соединен с газоразделительным блоком 10 посредством трубопровода 13 кислорода. Трубопровод 13 кислорода, подсоединенный к двигателю внутреннего сгорания 2 с его обеих сторон от впускного коллектора 16 и выпускного коллектора 18, образует связующее звено между подмембранным пространством газоразделительного блока 10, впускным коллектором 16 и выпускным коллектором 18, а каталитический нейтрализатор 17 установлен в выпускном коллекторе 18, а к впускному коллектору 16 подсоединен газораспределитель 15.

Работает генератор следующим образом.

Включают двигатель внутреннего сгорания 2, и через соединительную муфту 3 двигатель приводит в действие многоступенчатый компрессор 1, который засасывает и одновременно сжимает атмосферный воздух. Воздух, сжатый после предпоследней ступени многоступенчатого компрессора 1 до 0,2-6 МПа (2-60 атм), через охлаждающий теплообменник 4 по воздушному трубопроводу 9 направляется в систему 7 очистки от паров и капельной влаги, где через фильтр 8 очищается и поступает в газоразделительный блок 10.

В газоразделительном блоке 10 за счет различной проницаемости полимерной мембраны, т.е. при создании перепада давления на мембране газоразделительного блока, происходит разделение воздуха: над мембраной газоразделительного блока 10 формируется воздух, обогащенный азотом, а под мембраной газоразделительного блока 10 воздух, обогащенный кислородом. Затем из газоразделительного блока 10 через трубопровод 14 азота азот поступает в последнюю ступень многоступенчатого компрессора 1, где азот сжимается до давления 15-25 МПа (150-250 атм) и через выход многоступенчатого компрессора 1 подается потребителю. Чистота азота на выходе из газоразделительного блока 10 контролируется газоанализатором 11 измерения концентрации кислорода, при этом показания газоанализатора измерения концентрации кислорода сравниваются блоком 12 сравнения с допустимыми значениями концентрации кислорода.

При превышении заданного уровня концентрации подается сигнал на регулятор 6 расхода охлаждающей жидкости, и через охлаждающий теплообменник 4 снижают расход охлаждающей жидкости, что приводит к повышению температуры воздуха, поступающего в газоразделительный блок 10, при этом поток воздуха, диффундирующий через полупроницаемую мембрану газоразделительного блока 10 в подмембранную его полость, возрастает, что приводит к снижению парциального давления кислорода на выходе из надмембранной полости газоразделительного блока 10 и повышает чистоту азота на выходе из газоразделительного блока.

Одновременно воздух, обогащенный кислородом, из газоразделительного блока 10 подается по трубопроводу 13 кислорода в каталитический нейтрализатор 17, где за счет наличия дополнительного окислителя происходит догорание несгоревшего топлива и вредных веществ, содержащихся в выхлопных газах, что так же улучшает экологические показатели двигателя внутреннего сгорания 2.

Одновременно через газораспределитель 15 в впускной коллектор 16 двигателя внутреннего сгорания 2 подается воздух, обогащенный кислородом, и используется как основной или как дополнительный окислитель для сгорания топлива на определенных режимах.

Газораспределителем 15 регулируется направление потока кислорода, в зависимости от режимов и условий работы двигателя внутреннего сгорания, что влияет на экономические и экологические показатели работы двигателя внутреннего сгорания 2.

Транспортный генератор азота работает в автономном режиме, что позволяет перемещать его к месту эксплуатации любым видом транспорта и приводить в действие с минимальными затратами времени на развертывание установки.

За счет использования воздуха, обогащенного кислородом, в заявляемом транспортном генераторе азота наиболее эффективно применена интеграция процесса газоразделения с рабочим процессом двигателя внутреннего сгорания 2.

Предлагаемый к патентованию транспортный генератор азота, по сравнению с вышеописанными аналогами, обеспечивает высокий коэффициент полезного действия и высокие экологические показатели за счет уменьшения вредных веществ в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания.

Изобретение относится к системам генерирования инертной газовой среды с высоким содержанием азота. Транспортный генератор азота включает многоступенчатый компрессор, охлаждающий теплообменник с контуром охлаждения, систему очистки от паров и капельной влаги, фильтр, регулятор расхода охлаждаемой жидкости и блок сравнения. Он снабжен двигателем внутреннего сгорания, соединенным, с одной стороны, через муфту с многоступенчатым компрессором, а со стороны впускного коллектора посредством трубопровода кислорода соединен с выходом газораспределителя, вход которого соединен с газоразделительным блоком. Со стороны выпускного коллектора двигатель внутреннего сгорания соединен с входом каталитического нейтрализатора, другой вход последнего соединен с газоразделительным блоком посредством трубопровода кислорода. Трубопровод кислорода, подсоединенный к двигателю внутреннего сгорания с его обеих сторон от впускного и выпускного коллекторов, образует связующее звено между подмембранным пространством газоразделительного блока, впускные и выпускным коллекторами, при этом каталитический нейтрализатор установлен в выпускном коллекторе, а к впускному коллектору подсоединен газораспределитель. Транспортный генератор обеспечивает высокий коэффициент полезного действия и уменьшение вредных веществ в выхлопных газах. 1 ил.

Транспортный генератор азота, включающий многоступенчатый компрессор, охлаждающий теплообменник с контуром охлаждения, систему очистки от паров и капельной влаги, фильтр, регулятор расхода охлаждаемой жидкости и блок сравнения, отличающийся тем, что он снабжен двигателем внутреннего сгорания, соединенным с одной стороны через муфту с многоступенчатым компрессором, а со стороны впускного коллектора посредством трубопровода кислорода соединен с выходом газораспределителя, вход которого соединен с газоразделительным блоком, а со стороны выпускного коллектора двигатель внутреннего сгорания соединен с входом каталитического нейтрализатора, другой вход последнего соединен с газоразделительным блоком посредством трубопровода кислорода, при этом трубопровод кислорода, подсоединенный к двигателю внутреннего сгорания с его обеих сторон от впускного и выпускного коллекторов, образует связующее звено между подмембранным пространством газоразделительного блока, впускным и выпускным коллекторами, при этом каталитический нейтрализатор установлен в выпускном коллекторе, а к впускному коллектору подсоединен газораспределитель.