СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КИСЛОРОДА ИЗ ВОЗДУХА Российский патент 2021 года по МПК B01D53/47 C01B13/02 

Изобретение относится к устройствам для разделения газов адсорбцией и может быть использовано для разделения воздуха и получения чистого кислорода.

Известна установка для получения кислорода из атмосферного воздуха, которая состоит из воздушного компрессора, блока осушки и адсорбционного блока, содержащего ресивер, два заполненных сорбентом адсорбера, входные патрубки которых подключены к системе подачи сжатого воздуха, а выходные патрубки — к ресиверу, трубопроводы, соединяющие адсорберы с ресивером, источником сжатого воздуха, потребителем, и два параллельных трубопровода, соединяющих выходные патрубки адсорберов между собой, с установленными на них управляемыми клапанами и сужающими устройствами типа расходных шайб, причем проходные сечения расходных шайб различны и подобраны специальным образом, клапаны управления газовыми потоками и блок управления, осуществляющий переключение клапанов в определенной последовательности с целью реализации в адсорберах цикла адсорбция-регенерация пневмоклапан (по патенту RU2140806, кл. B01D 53/04, опубл. 10.11.99).

Недостатком данного технического решения является то, что после компрессора на входе в установку в обязательном порядке должен быть установлен воздушный ресивер, который будет накапливать воздух от работающего непрерывно компрессора в момент переключения адсорберов.

Наиболее близким техническим решением является адсорбционная установка, которая содержит две параллельно установленные колонки с адсорбентом, соединенные патрубками с газоподающим трубопроводом, дроссельное устройство и блок регулирования, состоящий из блока клапанов и блока управления клапанами, включающий в себя блок времени одновременного наполнения одного адсорбера и опорожнения второго, блок времени выдержки, блок времени сравнения давления и блок коммутации. Патрубки, соединяющие газоподающий трубопровод с колонками с адсорбентом, связаны друг с другом через нормальнозакрытый пневмоклапан (по патенту RU2129460, кл. B01D 53/04, опубл. 27.04.99).

Недостатком данной установки является наличие дополнительного пневмоклапана между патрубками, который предназначен для выравнивания давления в магистрали трубопровода и колонках с адсорбентом. Это усложняет конструкцию и процесс управления работой установки.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в снижении материалоемкости и энергопотребления генератора кислорода за счет особого алгоритма работы клапанов, входящих в установку.

Указанный технический результат достигается тем, что способ получения кислорода из воздуха характеризуется использованием генератора кислорода, который состоит из первого и второго адсорберов, каждый из которых содержит входные и выходные патрубки, входные патрубки через входные клапаны подключены к линии подачи сжатого воздуха и через клапаны сброса к атмосфере, а выходные патрубки соединены между собой через перепускной клапан и ограничительную дюзу и через обратные клапаны с кислородным ресивером, воздух из линии поступает через открытый входной клапан в первый адсорбер, который задерживает азот и пропускает кислород через обратный клапан в кислородный ресивер и через ограничительную дюзу во второй адсорбер, за счет чего происходит сброс азота в атмосферу через клапан сброса, после насыщения первого адсорбера азотом происходит выравнивание давления в адсорберах через перепускной клапан, после чего воздух из линии начинает поступать во второй адсорбер и цикл повторяется, и отличается тем, что в момент выравнивания давления оба входных клапана открыты, и подача воздуха из линии осуществляется в оба адсорбера.

Кроме того, между каждым адсорбером и входными клапанами может быть установлена ограничительная дюза.

Предлагаемое изобретение поясняется фиг. 1, на которой показана принципиальная схема генератора кислорода.

Генератора кислорода (фиг. 1) состоит из первого адсорбера 1 и второго адсорбера 2. Адсорбер 1 содержит входной патрубок 3 с входным клапаном 4, ограничительной дюзой 5 и клапаном сброса 6 и выходной патрубок 7 с обратным клапаном 8. Адсорбер 2 содержит входной патрубок 9 с входным клапаном 10 ограничительной дюзой 11 и клапаном сброса 12 и выходной патрубок 13 с обратным клапаном 14. Входные патрубки 3 и 9 подключены к линии подачи сжатого воздуха 15. Выходные патрубки 7 и 13 соединены между собой перепускным клапаном 16 и ограничительной дюзой 17 и связаны с кислородным ресивером 18, на входе в который установлен манометр 19, а на выходе регулятор давления 20, манометр 21, расходомер 22, газоанализатор 23 и дроссельные задвижки 24 и 25.

Перерабатываемый воздух из линии подачи сжатого воздуха 15 по входным патрубкам 3 и 9, через входные клапаны 4 и 10 соответственно подается поочередно в адсорберы 1 и 2.

При поступлении воздуха в первый адсорбер 1 входной клапан 4 открыт, а входной клапан 10 закрыт, адсорбент задерживает азот и пропускает кислород дальше по выходному патрубку 7 через обратный клапан 8 к кислородному ресиверу 18.

Одновременно с этим во втором адсорбере 2 происходит сброс давления в атмосферу через клапан сброса 12 и регенерация адсорбента. Для выдавливания азота часть кислорода, поступающего из первого адсорбера, через ограничительную дюзу 17 поступает в регенерируемый второй адсорбер 2 для вытеснения азота, который сбрасывается в атмосферу.

Через некоторое время адсорбент в первом адсорбере 1 достигает предельного насыщения азотом. Когда это происходит, следует стадия выравнивания давления (перепуска), при которой часть газа из отработавшего первого адсорбера перепускается в отрегенерированный второй адсорбер 2 через перепускной клапан 16. Также при этом открыты оба входных клапана 4 и 10 для выравнивания давления на входе в адсорберы.

Далее клапаны переключают газовые потоки: входной клапан 4 закрывается и поступающий из линии 15 воздух направляется во второй адсорбер 2, где процесс отделения кислорода продолжается.

Манометры 19 и 21 служат для фиксации давления до и после кислородного ресивера 18. Регулятор давления 20 служит для поддержания стабильного давления на выходе. Расходомер 22 служит для фиксации производительности генератора кислорода. Газоанализатор 23 служит для фиксации концентрации кислорода в продуктовом потоке. Дроссельные задвижки 24 и 25 служат для регулирования производительности.

Благодаря тому, что выравнивание давления в адсорберах происходит как на входе, так и на выходе, появляется возможность отказаться от воздушного ресивера на входе в генератор кислорода, а также снизить энергопотребление компрессора, так как максимальное давление на выходе компрессора достигается одновременно с максимальным давлением в адсорбере, а не в момент создания «запаса» воздуха в воздушном ресивере.

Таким образом, способ описанный в изобретении позволяет снизить материалоемкость и энергопотребление генератора кислорода и тем самым обеспечивает достижение технического результата.

Изобретение может быть использовано при получении чистого кислорода. Способ получения кислорода из воздуха характеризуется использованием генератора кислорода, который состоит из первого и второго адсорберов, каждый из которых содержит входные и выходные патрубки. Входные патрубки через входные клапаны подключены к линии подачи сжатого воздуха и через клапаны сброса к атмосфере. Выходные патрубки соединены между собой через перепускной клапан и ограничительную дюзу и через обратные клапаны с кислородным ресивером. Воздух из линии поступает через открытый входной клапан в первый адсорбер, который задерживает азот и пропускает кислород через обратный клапан в кислородный ресивер и через ограничительную дюзу во второй адсорбер. При этом происходит сброс азота в атмосферу через клапан сброса. После насыщения первого адсорбера азотом происходит выравнивание давления в адсорберах через перепускной клапан. Воздух из линии поступает во второй адсорбер, и цикл повторяется. В момент выравнивания давления в адсорберах оба входных клапана открыты, подача воздуха из линии осуществляется в оба адсорбера. Изобретение позволяет исключить воздушный ресивер на входе в генератор кислорода и снизить энергопотребление компрессора. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения кислорода из воздуха, характеризующийся использованием генератора кислорода, который состоит из первого и второго адсорберов, каждый из которых содержит входные и выходные патрубки, входные патрубки через входные клапаны подключены к линии подачи сжатого воздуха и через клапаны сброса к атмосфере, а выходные патрубки соединены между собой через перепускной клапан и ограничительную дюзу и через обратные клапаны с кислородным ресивером, воздух из линии поступает через открытый входной клапан в первый адсорбер, который задерживает азот и пропускает кислород через обратный клапан в кислородный ресивер и через ограничительную дюзу во второй адсорбер, за счет чего происходит сброс азота в атмосферу через клапан сброса, после насыщения первого адсорбера азотом происходит выравнивание давления в адсорберах через перепускной клапан, после чего воздух из линии начинает поступать во второй адсорбер, и цикл повторяется, отличающийся тем, что в момент выравнивания давления оба входных клапана открыты, и подача воздуха из линии осуществляется в оба адсорбера.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что между каждым адсорбером и входными клапанами установлена ограничительная дюза.