УСТАНОВКА ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВ И СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВ Российский патент 2022 года по МПК B01D53/47 C01B3/50 C01B23/00 C01B32/50 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к установке для разделения газов и способу разделения газов.

Уровень техники

В соответствии с изложенным в патентном документе D1 в случае отделения и очистки целевого газа от смеси газов за счет использования метода адсорбции при переменном давлении (PSA), в большинстве случаев используют адсорбент адсорбции Ленгмюра, например, цеолит, активированный уголь и тому подобное.

Патентная литература

D1 - опубликованная нерассмотренная заявка на выдачу патента Японии №2002-191924.

Техническая проблема

Сущность изобретения

Адсорбент адсорбции Ленгмюра (адсорбент ленгмюровского типа), по существу повышает эффективность разделения и очистки, поскольку расширяет область давлений для адсорбции и десорбции. Однако в случае расширения диапазона давлений адсорбции и десорбции затраты на регулирование давления увеличиваются в соответствии с диапазоном давлений, и, следовательно, увеличиваются эксплуатационные расходы для осуществления процессов разделения и очистки.

В этой связи задача настоящего изобретения заключается в обеспечении установки для разделения газов и способа разделения газов, способных уменьшить эксплуатационные расходы.

Решение проблемы

Установка для разделения газов согласно одному аспекту настоящего изобретения содержит первый адсорбер, содержащий адсорбент gate-типа для адсорбции первого газа; второй адсорбер, соединенный с первым адсорбером посредством двухпозиционного клапана и содержащий адсорбент ленгмюровского типа для адсорбции первого газа; первый газовый трубопровод, который соединен с первым адсорбером, при этом первый газовый трубопровод снабжен вторым двухпозиционным клапаном и через первый трубопровод проходит смесь газов, содержащая первый газ и второй газ, отличающийся от первого газа; второй газовый трубопровод, соединенный со вторым адсорбером, при этом второй газовый трубопровод снабжен третьим двухпозиционным клапаном и отводит выходящий газ, полученный путем транспортирования смешанного газа через первый адсорбер и второй адсорбер в указанном порядке; третий газовый трубопровод, соединенный с первым адсорбером, при этом третий газовый трубопровод снабжен четвертым двухпозиционным клапаном и отводит первый газ, десорбированный из адсорбента gate-типа; и четвертый газовый трубопровод, соединенный со вторым адсорбером, при этом четвертый газовый трубопровод снабжен пятым двухпозиционным клапаном и отводит первый газ, десорбированный из адсорбента ленгмюровского типа.

Установка для разделения газов содержит первый адсорбер, содержащий адсорбент gate-типа. Поскольку первый газовый трубопровод соединен с первым адсорбером, газовая смесь направляется в первый адсорбер через первый газовый трубопровод. Первый газ газовой смеси, направляемой в первый адсорбер, адсорбируется адсорбентом gate-типа, так что смесь газов может быть разделена на первый газ и второй газ. Адсорбент gate-типа не адсорбирует первый газ в соответствии с парциальным давлением первого газа в первом адсорбере. В этом случае первый газ проходит через первый адсорбер. Поскольку второй адсорбер, содержащий адсорбент ленгмюровского типа, соединен с первым адсорбером, первый газ, проходящий через первый адсорбер, может быть адсорбирован адсорбентом ленгмюровского типа во втором адсорбере. В результате второй газ, отделенный от смеси газов, может быть отведен из второго газового трубопровода. Кроме того, в том случае, если первый газ, адсорбированный адсорбентом gate-типа и адсорбентом ленгмюровского типа, десорбируется, десорбированный первый газ может быть извлечен через третий газовый трубопровод и четвертый газовый трубопровод.

В устройстве для разделения газов давления в первом адсорбере и втором адсорбере можно регулировать независимо путем регулирования двухпозиционных клапанов, с первого по пятый клапан. В том случае, если первый газ десорбируется из адсорбента gate-типа и адсорбента ленгмюровского типа, в которых был адсорбирован указанный первый газ, в указанных адсорберах может быть создано давление, соответствующее адсорбенту gate-типа и адсорбенту ленгмюровского типа. Для адсорбента gate-типа, в связи с отсутствием необходимости снижения давления в большей степени, чем это необходимо, интервал давлений адсорбции и десорбции может быть сужен, и в результате затраты, связанные с регулированием давления, могут быть уменьшены. Следовательно, могут быть уменьшены эксплуатационные затраты.

Третий газовый трубопровод и четвертый газовый трубопровод могут быть соединены с регулятором давления. В этом случае, давления в первом адсорбере и во втором адсорбере можно легко регулировать для обеспечения десорбции первого газа из адсорбента gate-типа и адсорбента ленгмюровского типа.

Способ разделения газов в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения включает процесс адсорбции, включающий побуждение смеси газов, содержащей первый газ и второй газ, отличающийся от первого газа, проходить через первый адсорбер, содержащий адсорбент gate-типа для адсорбции первого газа, и через второй адсорбер, соединенный с первым адсорбером посредством двухпозиционного клапана и содержащий адсорбент ленгмюровского типа, в указанном порядке, путем открытия двухпозиционного клапана для повышения давления в первом адсорбере и втором адсорбере, при этом осуществляется адсорбция первого газа, присутствующего в смеси газов, адсорбентом gate-типа и адсорбентом ленгмюровского типа, и отвод второго газа из первого отводящего трубопровода, соединенного с вторым адсорбером; первый процесс десорбции, включающий десорбцию первого газа из адсорбента gate-типа и адсорбента ленгмюровского типа и отвод первого газа из второго отводящего трубопровода, соединенного с первым адсорбером, путем открытия двухпозиционного клапана для снижения давления в первом адсорбере до давления, при котором первый газ десорбируется из адсорбента gate-типа; и второй процесс десорбции, включающий десорбцию первого газа из адсорбента ленгмюровского типа и отвод десорбированного первого газа из третьего отводящего трубопровода, соединенного с вторым адсорбером, посредством закрытия двухпозиционного клапана со снижением давления во втором адсорбере после завершения первого процесса десорбции.

В описанном выше способе, в процессе адсорбции, смесь газов проходит последовательно через адсорбент gate-типа и адсорбент ленгмюровского типа. Первый газ из смеси газов адсорбируется с помощью адсорбента gate-типа и адсорбента ленгмюровского типа, и в результате первый газ и второй газ отделяются от смеси газов. В том случае, когда парциальное давление первого газа в первом адсорбере ниже давления, при котором возможна адсорбция первого газа, первый газ проходит через первый адсорбер без адсорбции адсорбентом gate-типа. Поскольку первый газ, проходящий через первый адсорбер, адсорбируется адсорбентом ленгмюровского типа, второй газ может быть более эффективно удален из смеси газов. Кроме того, за счет осуществления первого процесса десорбции и второго процесса десорбции, адсорбент gate-типа и адсорбент ленгмюровского типа могут быть регенерированы, и первый газ может быть удален.

Во втором процессе десорбции, при закрытии первого двухпозиционного клапана, давление во втором адсорбере может быть уменьшено, в то же время давление в первом адсорбере поддерживается соответствующем адсорбенту gate-типа. Для адсорбента gate-типа диапазон регулирования давления может быть сужен, поскольку отсутствует необходимость снижения давления на величину большую, чем необходимо для процесса адсорбции. Соответственно, могут быть уменьшены затраты на регулирование давления. Следовательно, могут быть уменьшены эксплуатационные расходы.

Способ разделения газов в соответствии с одним воплощением может дополнительно включать первый процесс очистки, включающий отвод первого газа, десорбированного из адсорбента ленгмюровского типа, через второй отводящий трубопровод, при этом не адсорбированный, по существу не адсорбированный, адсорбентом ленгмюровского типа газ побуждается к прохождению через второй адсорбер путем закрытия двухпозиционного клапана после второго процесса десорбции; и второй процесс очистки, включающий отвод первого газа, десорбированного из адсорбента ленгмюровского типа и адсорбента gate-типа, через третий отводящий трубопровод, при этом не адсорбированный, по существу не адсорбированный, адсорбентом gate-типа газ побуждается к прохождению из второго адсорбера в первый адсорбер путем открытия двухпозиционного клапана после первого процесса очистки.

В этом случае может быть стимулирована десорбция первого газа из адсорбента gate-типа и адсорбента ленгмюровского типа. Первый двухпозиционный клапан закрывают в первом процессе очистки, а второй двухпозиционный клапан открывают во втором процессе очистки, так что первый процесс очистки и второй процесс очистки могут осуществляться при давлении, соответствующем характеристикам адсорбции и десорбции адсорбента ленгмюровского типа и адсорбента gate-типа.

Способ разделения газов в соответствии с одним воплощением может дополнительно включать процесс возвращения части газа, отведенного в первом процессе десорбции и втором процессе десорбции, по меньшей мере в один из первого адсорбера и второго адсорбера. Газ, извлеченный в первом процессе десорбции и втором процессе десорбции, может содержать компоненты, отличающиеся от первого газа. За счет осуществления процесса возвращения первый газ, извлеченный из смеси газов в первом процессе десорбции и во втором процессе десорбции, может быть вновь адсорбирован адсорбентом gate–типа и адсорбентом ленгмюровского типа. Поскольку первый газ, адсорбированный указанным образом, может быть затем извлечен путем проведения, например, первого процесса десорбции и второго процесса десорбции, степень извлечения первого газа из смеси газов может быть увеличена.

Способ разделения газов в соответствии с одним воплощением может дополнительно включать процесс повышения давления в первом адсорбере и во втором адсорбере перед осуществлением процесса адсорбции. Поскольку в процессе повышения давления в первом адсорбере и во втором адсорбере давление может быть увеличено, например, если после процесса повышения давления осуществляется процесс адсорбции, количество первого газа, проходящего через первый адсорбер, может быть уменьшено.

Другой пример способа разделения газов в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения включает процесс адсорбции, включающий побуждение смеси газов, содержащей первый газ и второй газ, отличающийся от первого газа, к прохождению через первый участок адсорбции, который содержит адсорбент gate–типа для адсорбции первого газа, и второй участок адсорбции, расположенный последовательно с первым участком адсорбции и содержащий адсорбент ленгмюровского типа для адсорбции первого газа, в указанном порядке, с повышением давления на первом участке адсорбции и втором участке адсорбции, при этом происходит процесс адсорбции первого газа адсорбентом gate–типа и адсорбентом ленгмюровского типа; и процесс десорбции, включающий уменьшение давления на первом участке адсорбции и втором участке адсорбции и десорбцию первого газа из адсорбента gate–типа и адсорбента ленгмюровского типа.

В другом примере описанного выше способа разделения газов первый газ и второй газ могут быть отделены от смеси газов с использованием адсорбента gate–типа. Первый газ, который не был адсорбирован адсорбентом gate–типа, адсорбируется адсорбентом ленгмюровского типа. Таким образом, первый газ и второй газ могут быть более эффективно отделены от смеси газов. Благодаря свойствам адсорбции и десорбции адсорбент gate–типа позволяет уменьшить интервал давления для адсорбции и десорбции. Соответственно, могут быть уменьшены затраты, необходимые для регулирования давления, и эксплуатационные расходы.

Положительные эффекты изобретения

В соответствии с настоящим изобретением становится возможным создать установку для разделения газов и способ разделения газов, способные уменьшить эксплуатационные расходы.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - график, демонстрирующий характеристики адсорбции и десорбции адсорбента gate–типа.

Фиг.2 - график, демонстрирующий характеристики адсорбции и десорбции адсорбента ленгмюровского типа.

Фиг.3 - принципиальная схема установки для разделения газов в соответствии с первым воплощением.

Фиг.4 - принципиальная схема установки для разделения газов в соответствии со вторым воплощением.

Описание воплощений изобретения

Ниже будут рассмотрены воплощения настоящего изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи. Одинаковые элементы обозначены на чертежах одинаковыми ссылочными номерами позиций, и их повторное одинаковое описание не будет приведено. Соотношения размеров на чертежах не всегда соответствуют указанным в описании.

На фиг.1 представлен график, демонстрирующий характеристики адсорбции и десорбции адсорбента gate–типа. Горизонтальная ось на фиг.1 показывает величину давления, а вертикальная ось показывает адсорбционную способность адсорбента gate–типа в отношении адсорбируемого вещества. Сплошной линией представлена характеристика адсорбции, пунктирной линией - характеристика десорбции. Адсорбент gate–типа является адсорбентом, который характеризуется способностью к адсорбции и десорбции gate–типа. Как показано на фиг.1, адсорбент gate–типа обладает способностью быстро адсорбировать вещество, подлежащее адсорбции, начиная от определенного давления Р1, и быстро десорбировать адсорбированное вещество, начиная от определенного давления Р2, меньшего, чем давление Р1. Примером адсорбента gate–типа является пористый координационный полимер (РСР), характеризуемый способностью к адсорбции и десорбции gate–типа. Полимер РСР иногда называют металлоорганической структурой (MOF). Примеры адсорбента gate–типа включают ZIF-7 и MIL-53.

На фиг.2 представлен график, иллюстрирующий характеристики адсорбции и десорбции адсорбента ленгмюровского типа. Горизонтальная ось на фиг.2 показывает давление, а вертикальная ось показывает способность к адсорбции адсорбента ленгмюровского типа для адсорбируемого вещества. Адсорбент ленгмюровского типа не характеризуется быстрой адсорбцией и десорбцией, присущей адсорбенту gate–типа и, как показано на фиг.2, постепенно адсорбирует и десорбирует вещество, подлежащее адсорбции, в соответствии с изменением давления. Примеры адсорбента ленгмюровского типа включают цеолит, активированный уголь и подобные адсорбенты. Цеолиты в определенных условиях могут также действовать как адсорбент gate–типа. Для удобства пояснения на фиг.2 показаны давление Р1 и давление Р2, соответствующие Р1 и Р2, показанным на фиг.1.

(Первое воплощение)

В первом воплощении будет рассмотрен случай, в котором в качестве целевого газа отделяется и очищается второй газ из смеси газов, содержащей первый газ и второй газ, с использованием метода адсорбции при переменном давлении (метод PSA). Примеры первого газа включают газообразный диоксид углерода (СО₂) и газообразный оксид углерода (СО), а примеры второго газа включают газообразный водород (Н₂) и газообразный гелий (Не). Смесь газов может содержать газ, который отличается от первого газа и второго газа.

В качестве адсорбента gate–типа и адсорбента ленгмюровского типа, используемых в первом воплощении, приведенных для примера выше, могут быть использованы адсорбент gate–типа и адсорбент ленгмюровского типа, которые преимущественно адсорбируют первый газ (другими словами, адсорбируют в большем количестве) и по существу не адсорбируют второй газ (другими словами, почти не адсорбируют). Далее, для краткости изложения, слова «преимущественно» и «по существу» будут исключены, если не оговорено иное.

Пример установки 2 для разделения газов будет описан со ссылкой на фиг.3.

Установка 2 для разделения газов содержит первый газовый трубопровод 4, первый адсорбер 6, соединительный трубопровод 8, второй адсорбер 10, второй газовый трубопровод (первый отводящий трубопровод) 12, третий газовый трубопровод (второй отводящий трубопровод) 14 и четвертый газовый трубопровод (третий отводящий трубопровод) 16.

Первый газовый трубопровод 4 является газовым трубопроводом, через который смесь газов транспортируется для ввода в первый адсорбер 6. Один конец первого газового трубопровода 4 соединен с впускным отверстием 6а для прохода газа в первый адсорбер 6, а другой конец соединен с источником 18 подачи смеси газов. В том случае, когда смесь газов, которая является сырьевым газом, создается другим устройством, другой конец первого газового трубопровода 4 может быть, например, соединен с этим другим устройством. Первый газовый трубопровод 4 снабжен автоматическим двухпозиционным клапаном (второй двухпозиционный клапан) V1.

Внутри первого адсорбера 6 находится адсорбент gate–типа. Адсорбент gate–типа, например, засыпан в первый адсорбер 6. В первом адсорбере 6 имеется впускное отверстие 6а для прохода газа, которое соединено с первым газовым трубопроводом 4. С отверстием 6b для прохода газа соединен соединительный трубопровод 8.

Соединительный трубопровод 8 является газовым трубопроводом, который соединяет первый абсорбер 6 и второй адсорбер 10. Один конец соединительного трубопровода 8 соединен с отверстием 6b для прохода газа, а другой конец соединен с отверстием 10а для прохода газа во второй адсорбер 10. Соединительный трубопровод 8 снабжен автоматическим двухпозиционным клапаном (первым двухпозиционным клапаном) V2. Соответственно, первый адсорбер 6 и второй адсорбер 10 соединены посредством упомянутого автоматического двухпозиционного клапана V2.

Внутри второго адсорбера 10 находится адсорбент ленгмюровского типа. Адсорбент ленгмюровского типа, например, засыпан во второй адсорбер 10. Второй адсорбер 10 содержит отверстие 10а для прохода газа и отверстие 10b для прохода газа. Отверстие 10а соединено с соединительным трубопроводом 8. Отверстие 10b для прохода газа соединено с одним концом второго газового трубопровода 12.

Второй газовый трубопровод 12 предназначен, главным образом, для отвода выпускаемого газа, который был направлен из первого адсорбера 6 во второй адсорбер 10 через соединительный трубопровод 8 и отверстие 10а для прохода газа, и затем прошел через второй адсорбер 10. Второй газовый трубопровод 12 снабжен автоматическим двухпозиционным клапаном (третий двухпозиционный клапан) V3.

Выпускаемый газ представляет собой газ, очищенный за счет удаления первого газа из смеси газов. В частности, выпускаемым газом является второй газ (целевой газ). Выпускаемый газ в идеальном случае образован только из второго газа, но в реальной действующей установке выпускаемый газ содержит небольшое количество других компонентов (например, первый газ). Соответственно, выпускаемый газ является концентрированным газом (или газом, богатым вторым газом), в котором процентное содержание второго газа увеличено по сравнению со смесью газов, представляющей собой исходный сырьевой газ. Здесь и далее для удобства объяснения выпускаемый газ именуется вторым газом, если специально не оговорено иное. Другой конец второго газового трубопровода 12 соединен с камерой 20 для накопления газа. Камера 20 для накопления газа представляет собой ёмкость или цилиндр для хранения второго газа, который является целевым газом.

Камера 20 для накопления газа снабжена пятым газовым трубопроводом 13 для отвода второго газа, накопленного в камере 20 для накопления газа. Пятый газовый трубопровод 13 может быть снабжен регулирующим клапаном V6 для регулирования давления в первом адсорбере 6 и во втором адсорбере 10. Примеры регулирующего клапана V6 включают обратный клапан, клапан регулирования расхода и клапан с регулированием степени открытия.

Третий газовый трубопровод 14 предназначен для отвода первого газа, десорбированного из адсорбента gate-типа, в том случае, когда осуществляется десорбция первого газа, адсорбированного адсорбентом gate-типа. В первом воплощении третий газовый трубопровод 14 содержит основной магистральный участок М и дополнительный магистральный участок 14а трубопровода. Один конец дополнительного участка 14а трубопровода соединен с первым адсорбером 6. Например, указанный один конец дополнительного участка 14а трубопровода соединен с отверстием 6а для прохода газа (сторона соединения первого адсорбера 6 с первым газовым трубопроводом 4).

В воплощении, представленном на фиг.3, один конец магистрального участка 14а трубопровода соединен с отверстием 6а для прохода газа, будучи соединенным с участком первого газового трубопровода 4 между автоматическим двухпозиционным клапаном V1 и отверстием 6а для прохода газа. На дополнительной ветви 14а трубопровода установлен автоматический двухпозиционный клапан (четвертый двухпозиционный клапан) V4. Другой конец дополнительного участка 14а трубопровода соединен с основным участком М магистрального трубопровода. На основном участке М магистрального трубопровода установлен вакуумный насос (регулятор давления) 22. Соответственно, вакуумный насос 22 установлен на третьем газовом трубопроводе 14 ниже по потоку относительно двухпозиционного клапана V4 в направлении движения потока первого газа через третий газовый трубопровод 14.

Четвертый газовый трубопровод 16 предназначен для отвода первого газа, десорбированного из адсорбента ленгмюровского типа в том случае, когда осуществляется десорбция первого газа, адсорбированного адсорбентом ленгмюровского типа. В рассматриваемом первом воплощении четвертый газовый трубопровод 16 содержит основной участок М магистрального трубопровода и дополнительный участок 16а магистрального трубопровода. Один конец дополнительного участка 16а магистрального трубопровода соединен с вторым адсорбером 10. Например, один конец дополнительного участка 16а магистрального трубопровода соединен с отверстием 10а для прохода газа ( со стороны соединения второго адсорбера 10 с соединительным трубопроводом 8). В воплощении, представленном на фиг.3, один конец вспомогательного участка 16а магистрального трубопровода соединен с отверстием 10а для прохода газа, будучи соединенным с участком соединительного трубопровода 8 между автоматическим двухпозиционным клапаном V2 и отверстием 10а для прохода газа. На дополнительном участке 16а магистрального трубопровода установлен двухпозиционный клапан (пятый двухпозиционный клапан) V5. Другой конец вспомогательного участка 16а магистрального трубопровода соединен с участком М магистрального трубопровода 16. Участок М магистрального трубопровода является общим для третьего газового трубопровода 14. Соответственно четвертый газовый трубопровод 16 оборудован вакуумным насосом 22 ниже по ходу движения потока относительно автоматического двухпозиционного клапана V5 в направлении движения потока первого газа в четвертом газовом трубопроводе 16.

Третий газовый трубопровод 14 и четвертый газовый трубопровод 16 могут быть не соединены с общим участком М магистрального трубопровода. В этом случае вакуумный насос может быть установлен на каждом из третьего газового трубопровода 14 и четвертого газового трубопровода 16.

Автоматические двухпозиционные клапаны V1 – V5, регулирующий клапан V6, вакуумный насос 22 и тому подобные компоненты могут регулироваться с помощью одного управляющего устройства (не показано).

Далее будет рассмотрен пример способа разделения газов, осуществляемого с использованием установки 2 для разделения газов. Способ разделения газов включает процесс адсорбции, первый процесс десорбции и второй процесс десорбции. Способ разделения газов может включать первый процесс очистки, второй процесс очистки и процесс повышения давления после осуществления второго процесса десорбции. Ниже будет описан каждый процесс способа очистки газа в случае осуществления первого процесса очистки, второго процесса очистки и процесса повышения давления.

(Процесс адсорбции)

При проведении процесса адсорбции открывают автоматические двухпозиционные клапаны V1, V2 и V3, а автоматические двухпозиционные клапаны V4 и V5 закрывают. Поскольку автоматический двухпозиционный клапан V2 открыт, первый адсорбер 6 и второй адсорбер 10 сообщаются друг с другом. В таком положении клапанов обеспечивается прохождение смеси газов через первый газовый трубопровод 4 в первый адсорбер 6 и второй адсорбер 10 и увеличение давления в первом адсорбере 6 и во втором адсорбере 10, и первый газ адсорбируется адсорбентом gate-типа и адсорбентом ленгмюровсого типа. В результате второй газ отводится через второй газовый трубопровод 12. Второй газ, который является отводимым целевым газом, накапливается в камере 20 для хранения газа. Второй газ, накопленный в камере 20 для второго газа, может быть надлежащим образом отведен через пятый газовый трубопровод 13. В том случае, если установка 2 для разделения газов содержит регулирующий клапан V6, этот регулирующий клапан V6 может быть отрегулирован так, что давление в первом адсорбере 6 и во втором адсорбере 10 в процессе адсорбции повышается.

(Первый процесс десорбции)

После осуществления процесса адсорбции открывают автоматический двухпозиционный клапан V4, в то же время автоматические двухпозиционные клапаны V1 и V3 закрывают. При этом в первом процессе десорбции открывают автоматические двухпозиционные клапаны V2 и V4, а автоматические двухпозиционные клапаны V1, V3 и V5 закрывают. В то время как автоматические двухпозиционные клапаны V1 и V5 поддерживают в указанном выше положении, вакуумный насос 22 работает для снижения давления в первом адсорбере 6 до давления, подходящего для десорбции первого газа (давление Р2 или менее на фиг.1) из адсорбента gate-типа. Поскольку автоматический двухпозиционный клапан V2 открыт, первый адсорбер 6 и второй адсорбер 10 сообщаются друг с другом. Соответственно, давление во втором адсорбере 10 также снижается. В результате первый газ десорбируется из адсорбента gate-типа и адсорбента ленгмюровского типа. Десорбированный первый газ отводится через третий газовый трубопровод 14.

(Второй процесс десорбции)

После проведения первого процесса десорбции автоматический двухпозиционный клапан V5 открывают, в то же время автоматические двухпозиционные клапаны V2 и V4 закрывают. При осуществлении второго процесса десорбции автоматический двухпозиционный клапан V5 открыт, в то же время автоматические двухпозиционные клапаны V1 - V4 закрыты. В то время как автоматические двухпозиционные клапаны V1 – V5 поддерживаются в указанном положении, вакуумный насос 22 работает в соответствии с первым процессом десорбции для снижения давления во втором адсорбере 10 до давления, подходящего для десорбции первого газа, адсорбированного адсорбентом ленгмюровского типа. Поскольку автоматический двухпозиционный клапан V5 открыт, первый газ, десорбированный из адсорбента ленгмюровского типа, отводится через четвертый газовый трубопровод 16.

(Первый процесс очистки)

После проведения второго процесса десорбции открывают автоматический двухпозиционный клапан V3. С учетом изложенного выше в первом процессе очистки автоматические двухпозиционные клапаны V3 и V5 открыты, а автоматические двухпозиционные клапаны V1,V2 и V4 закрыты. В то время как автоматические двухпозиционные клапаны V1 – V5 поддерживаются в указанном положении, вакуумный насос 22 работает в соответствии со вторым процессом десорбции. В результате второй газ, находящийся в камере 20 для накопления газа, поступает во второй адсорбер 10. В связи с тем, что второй газ не адсорбируется во втором адсорбере 10 адсорбентом ленгмюровского типа, он является не адсорбируемым газом и выполняет также функцию очищающего газа. Поступление второго газа (не адсорбированного газа) во второй адсорбер 10 способствует десорбции первого газа из адсорбента ленгмюровского типа. Первый газ, десорбированный из адсорбента ленгмюровского типа, отводится через четвертый газовый трубопровод 16, как и в случае второго процесса десорбции.

(Второй процесс очистки)

После проведения первого процесса очистки открывают автоматические двухпозиционные клапаны V2 и V4, в то же время автоматический двухпозиционный клапан V5 закрывают. Таким образом, во втором процессе очистки автоматические двухпозиционные клапаны V2, V3 и V4 открыты, а автоматические двухпозиционные клапаны V1 и V5 закрыты. Поскольку автоматический двухпозиционный клапан V2 открыт, первый адсорбер 6 и второй адсорбер 10 сообщаются друг с другом. Соответственно, при поддерживании автоматических двухпозиционных клапанов V1 – V5 в указанном выше положении вакуумный насос 22 работает после проведения первого процесса очистки, и второй газ, находящийся в камере 20 хранения газа, проходит через второй адсорбер 10 и первый адсорбер 6 в указанном порядке. В связи с тем, что второй газ не адсорбируется в первом адсорбере 6 адсорбентом gate-типа, он является не адсорбируемым газом в отношении упомянутого адсорбента gate-типа и выполняет также функцию очищающего газа. Поступление второго газа (не адсорбированного газа) во второй адсорбер 10 и первый адсорбер 6 способствует десорбции первого газа из адсорбента ленгмюровского типа и адсорбента gate-типа. Первый газ, десорбированный из адсорбента ленгмюровского типа и адсорбента gate-типа, отводится через третий газовый трубопровод 14, как и в случае первого процесса десорбции.

(Процесс повышения давления)

После завершения второго процесса очистки автоматический двухпозиционный клапан V4 закрывают. С учетом вышеизложенного, в процессе повышения давления, автоматические двухпозиционные клапаны V2 и V3 открыты, а автоматические двухпозиционные клапаны V1, V4 и V5 закрыты. Поскольку автоматические двухпозиционные клапаны V2 и V3 открыты, второй газ в камере 20 накопления газа проходит через второй адсорбер 10 и первый адсорбер 6 в указанном порядке, как и в случае второго процесса очистки. Поскольку автоматические двухпозиционные клапаны V1, V4 и V5 закрыты, давление во втором адсорбере 10 и первом адсорбере 6 увеличивается за счет притока второго газа во второй адсорбер 10 и первый адсорбер 6.

Второй газ отделяется и очищается от смеси газов за счет описанного выше процесса адсорбции. За счет повторения базового цикла, включающего процесс адсорбции, первый процесс десорбции, второй процесс десорбции, первый процесс очистки, второй процесс очистки и процесс повышения давления, в указанном порядке, второй газ, который является целевым газом, отделяется и очищается от смеси газов в период каждого базового цикла.

В том случае, если упомянутый базовый цикл повторяется, процесс адсорбции в следующем базовом цикле осуществляется после проведения процесса повышения давления. Таким образом, процесс повышения давления является также процессом, осуществляемым перед проведением процесса адсорбции. С другой стороны, базовый цикл, реализуемый с проведением процесса повышения давления, процесса адсорбции, первого процесса десорбции, второго процесса десорбции, первого процесса очистки и второго процесса очистки, в указанном порядке, может быть повторен.

В установке 2 для разделения газов первый адсорбер 6 и второй адсорбер 10 расположены в указанном порядке от стороны выше по потоку (отверстие 6а для прохода газа первого адсорбера 6) к стороне ниже по потоку (отверстие 10b для прохода газа) в направлении движения потока смеси газов.

Таким образом, в случае, когда в процессе адсорбции смесь газов направляют в первый адсорбер 6, эта смесь проходит последовательно первый адсорбер 6 и второй адсорбер 10. Соответственно, первый газ адсорбируется адсорбентом gate-типа в первом адсорбере 6. Первый газ, который не был адсорбирован адсорбентом gate-типа, адсорбируется адсорбентом ленгмюровского типа во втором адсорбере 10, расположенном ниже по ходу движения потока относительно первого адсорбера 6.

Например, адсорбент gate-типа быстро адсорбирует первый газ при определенном давлении Р1 (см. фиг.1), но почти не адсорбирует первый газ, если величина давления в первом адсорбере 6 (в частности, парциальное давление первого газа) меньше, чем давление Р1. При этом в процессе адсорбции, когда давление в первом адсорбере 6 (парциальное давление первого газа) ниже, чем давление, которое может обеспечить возможность адсорбции первого газа (например, в том случае, когда не осуществляется начальная стадии процесса адсорбции, в частности, процесс повышения давления), первый газ в смеси газа проходит через первый адсорбер 6 и не адсорбируется адсорбентом gate-типа. В процессе адсорбции, в том случае, когда давление (парциальное давление первого газа) в первом адсорбере 6 повышается до давления Р1 или более, первый газ адсорбируется адсорбентом gate-типа в первом адсорбере 6. Однако, если первый газ адсорбируется адсорбентом gate-типа в первом адсорбере 6, парциальное давление первого газа в первом адсорбере 6 может уменьшиться. В этом случае первый газ будет проходить через первый адсорбер 6. Таким образом, даже в случае, если первый газ проходит через первый адсорбер 6, адсорбент ленгмюровского типа во втором адсорбере 10 может адсорбировать первый газ так, как это описано выше. В результате из смеси газов может быть получен второй газ с высокой степенью чистоты.

В соответствии с изложенным выше в установке 2 для разделения газов и способе разделения газов, использующем эту установку, первый газ адсорбируется адсорбентом gate-типа для отделения первого газа от смеси газов, при этом первый газ, не адсорбированный адсорбентом gate-типа, адсорбируется адсорбентом ленгмюровского типа.

Адсорбент gate-типа быстро адсорбирует первый газ при определенном давлении Р1 (см. фиг.1) и быстро десорбирует первый газ при определенном давлении Р2 (см. фиг.1). При этом интервал между давлением адсорбции и давлением десорбции может быть сужен при сохранении эффективности разделения и очистки в указанном интервале давления, в пределах которого проявляется способность адсорбента к адсорбции и десорбции. Соответственно, поскольку затраты, необходимые для регулирования давления, могут быть уменьшены, эксплуатационные затраты могут быть уменьшены при использовании установки 2 для разделения газов и способа разделения газов, использующего указанную установку 2 для разделения газов.

В соответствии с принципиальной схемой установки 2 для разделения газов первый процесс десорбции и второй процесс десорбции могут быть осуществлены путем надлежащего регулирования автоматических двухпозиционных клапанов V1-V5. При этом адсорбент gate-типа и адсорбент ленгмюровского типа могут быть регенерированы и использованы повторно.

Кроме того, как показано на фиг.1, адсорбированный адсорбентом gate-типа первый газ десорбируется в том случае, если величина давления равна Р2 или менее. При этом в первом процессе десорбции достаточно, чтобы давление в первом адсорбере 6 было снижено до величины немного меньшей, чем давление Р2, или до давления Р2.

Поскольку первый адсорбер 6 и второй адсорбер 10 соединены посредством автоматического двухпозиционного клапана V2, внутренний объем первого адсорбера 6 и внутренний объем второго адсорбера 10 с помощью автоматического двухпозиционного клапана V2 могут быть переключены между положением соединения и положением разъединения. Кроме того, третий газовый трубопровод 14 соединен с первым адсорбером 6, а четвертый газовый трубопровод 16 соединен с вторым адсорбером 10. Следовательно, давление в первом адсорбере 6 и во втором адсорбере 10 можно регулировать независимо. Соответственно, во втором процессе десорбции давление во втором адсорбере 10, содержащем адсорбент ленгмюровского типа, может быть дополнительно уменьшено при поддерживании давления, при котором может быть обеспечена способность к десорбции газа из адсорбента gate-типа в первом адсорбере 6 («окно» поры (gate) закрыто). Как отмечено выше, эксплуатационные затраты могут быть уменьшены, так как давление со стороны первого адсорбера 6 можно регулировать в соответствии со способностью к адсорбции и десорбции адсорбента gate-типа.

При осуществлении второго процесса десорбции давление во втором адсорбере 10 дополнительно уменьшают по отношению к давлению в первом процессе адсорбции для десорбции большего количества первого газа из адсорбента ленгмюровского типа во втором адсорбере 10. Только в этом случае необходимо, чтобы второй адсорбер 10, содержащий адсорбент ленгмюровского типа, был способен адсорбировать первый газ, который не был адсорбирован в адсорбере 6. В результате, например, производительность второго адсорбера 10 может быть уменьшена по сравнению со случаем, когда первый газ отделяется от смеси газов с использованием лишь второго адсорбера 10 (т.е. с помощью лишь адсорбента ленгмюровского типа), без использования первого адсорбера 6. Другими словами, количество адсорбента ленгмюровского типа в этом случае может быть уменьшено. Следовательно, может быть сокращен период времени, необходимый для снижения давления во втором адсорбере 10, и уменьшена мощность вакуумного насоса 22 по сравнению со случаем, в котором первый газ удаляют из смеси газов только во втором адсорбере 10. В результате могут быть уменьшены эксплуатационные затраты в установке 2 для разделения газов и способе разделения газов, использующем указанную установку для разделения газов.

В воплощении, в котором способ разделения газов включает первый процесс очистки и второй процесс очистки, первый газ может быть дополнительно десорбирован из адсорбента gate-типа и адсорбента ленгмюровского типа с использованием первого процесса очистки и второго процесса очистки. Таким образом, в том случае, когда после проведения процесса адсорбции сразу осуществляется следующий процесс адсорбции, адсорбентом gate-типа и адсорбентом ленгмюровского типа может быть адсорбировано большое количество первого газа, и поэтому если от смеси газов отделяют и очищают второй газ с повторным использованием установки 2 для разделения газов (путем повторения базового цикла), качество второго газа как целевого газа можно легко поддерживать. Кроме того, за счет осуществления первого процесса очистки и второго процесса очистки в процессе адсорбции, описанном выше, адсорбентом gate-типа и адсорбентом ленгмюровского типа может быть адсорбировано большее количество первого газа, и в результате количество второго газа, полученного в процессе адсорбции, увеличивается. Таким образом, эффективность извлечения второго газа из смеси газов повышается.

Как описано выше, в установке 2 для разделения газов давление в первом адсорбере 6 и втором адсорбере 10 можно регулировать независимо. Таким образом, первый процесс очистки может быть осуществлен при давлении, подходящем для использования адсорбента ленгмюровского типа, а второй процесс очистки может быть осуществлен при давлении, подходящем для адсорбента gate-типа. В результате газ может быть эффективно разделен в первом адсорбере 6 и во втором адсорбере 10. Например, давление, увеличенное в процессе повышения давления, может быть уменьшено при осуществлении первого процесса очистки и второго процесса очистки. В итоге становится возможным увеличить количество извлекаемого второго газа. В том случае, если процесс повышения давления не осуществляется, поскольку при повторном осуществлении процесса адсорбции давление в первом адсорбере 6 может поддерживаться при предварительно заданной величине или более, адсорбентом gate-типа в первом адсорбере может быть легко адсорбировано большое количество первого газа.

В воплощении, в котором способ разделения газов включает процесс повышения давления, давление в первом адсорбере 6 и во втором адсорбере 10 в процессе повышения давления увеличивается. Поэтому в процессе адсорбции, осуществляемом после процесса повышения давления, первый газ легко адсорбируется адсорбентом gate-типа, и проскок без адсорбции первого газа, направляемого во второй адсорбер 10, может быть уменьшен. Аналогичным образом, для адсорбента ленгмюровского типа во втором адсорбере 10, чем выше давление, тем больше способность к адсорбции, так что может быть адсорбировано большее количество первого газа. В результате может получен второй газ с высокой степенью чистоты.

(Второе воплощение)

В первом воплощении в качестве целевого газа второй газ отделяется и очищается от исходной смеси газов, содержащей первый газ и второй газ. Однако в качестве целевого газа от смеси газов может быть отделен первый газ. Ниже будет рассмотрено второе воплощение, в котором в качестве целевого газа от смеси газов отделяется первый газ. Примерами первого газа и второго газа во втором воплощении являются такие же газы, что и в первом воплощении.

В качестве адсорбента gate-типа и адсорбента ленгмюровского типа, используемых во втором воплощении, могут быть использованы адсорбенты, обладающие такими же свойствами, как и в первом воплощении. Примерами адсорбента gate-типа и адсорбента ленгмюровского типа могут быть такие же адсорбенты, как и в первом воплощении.

Как показано на фиг.4, установка 2А для разделения газов в соответствии со вторым воплощением отличается от установки 2 для разделения газов согласно первому воплощению, главным образом, тем, что камера 20 для накопления газа соединена с основным магистральным участком М трубопровода. Поскольку принципиальная схема установки 2А для разделения газов, за исключением указанного выше отличия, является такой же, как и схема установки 2 для разделения газов, описание схемы установки 2А для разделения газов, за исключением указанного отличия, здесь не приводится.

Камера 20 для накопления газа заполняется первым газом, отведенным через третий газовый трубопровод 14 и четвертый газовый трубопровод 16 в качестве целевого газа. Камера 20 для накопления газа соединена с третьим газовым трубопроводом 14 и четвертым газовым трубопроводом 16, проходящими с противоположных сторон от первого адсорбера 6 и второго адсорбера 10. Пятый газовый трубопровод 13 соединен с камерой 20 для накопления газа, как и в случае первого воплощения. Во втором воплощении пятый газовый трубопровод 13 предназначен для отвода первого газа, заполняющего камеру 20 для накопления газа. Пятый газовый трубопровод 13 может быть снабжен регулирующим клапаном, предназначенным для регулирования количества отводимого первого газа.

Ниже будет описан способ разделения газов, в котором используется установка 2А для разделения газов. Способ разделения газов в соответствии со вторым воплощением включает процесс адсорбции, первый процесс десорбции, второй процесс десорбции и процесс повышения давления.

В процессе адсорбции во втором воплощении, первый процесс десорбции, второй процесс десорбции и процесс повышения давления осуществляются так же, как и в первом воплощении, за исключением того, что второй газ удаляется, поскольку этот второй газ, поступающий из второго адсорбера 10 во второй газовый трубопровод 12, является примесью, а первый газ, десорбированный из адсорбента gate-типа и адсорбента ленгмюровского типа в первом процессе десорбции и втором процессе десорбции, накапливается в качестве целевого газа в камере 20 для накопления газа, Для регулирования давления в первом адсорбере 6 и втором адсорбере 10 в процессе адсорбции, в установке 2А для разделения газов второй газовый трубопровод 12 может быть, например, снабжен регулирующим клапаном V6, предназначенным для регулирования давления, установленным за автоматическим двухпозиционным клапаном V3. Пример выполнения регулирующего клапана V6 является таким же, как и в первом воплощении.

В установке 2А для разделения газов и способе разделения газов, в котором используется такая установка, первый газ, отделенный от смеси газов, может быть извлечен с помощью первого процесса десорбции и второго процесса десорбции, проведенным после процесса адсорбции. При повторном осуществлении базового цикла, включающего процесс адсорбции, первый процесс десорбции, второй процесс десорбции и процесс повышения давления, в указанном порядке, целевой первый газ в каждом базовом цикле может быть отделен и отведен из смеси газов.

Процесс повышения давления в рассматриваемом случае также осуществляется перед проведением процесса адсорбции, и цикл, включающий процесс повышения давления, процесс адсорбции, первый процесс десорбции и второй процесс десорбции, осуществляемые в указанном порядке, может быть реализован повторно как базовый цикл в первом воплощении.

Газ в камере 20 накопления газа представляет собой первый газ, отделенный от смеси газов. В идеальном случае, весь первый газ отделяется от смеси газов, но в реальной установке в первый газ могут быть слегка подмешаны некоторые примеси. Таким образом, газ в камере 20 для накопления газа представляет собой концентрированный газ (газ, обогащенный первым газом), имеющий более высокое парциальное давление первого газа (имеющий высокое процентное содержание первого газа), по сравнению с парциальным давлением в смеси газов, поступающей из источника 18 подачи смеси газов, при этом первый газ является целевым газом.

Для дополнительного отделения первого газа от упомянутого концентрированного газа установка 2А для разделения газов может содержать шестой газовый трубопровод 24 для возврата газа, находящегося в камере 20 для накопления газа, в первый адсорбер 6. В воплощении установки 2А для накопления газов, представленной на фиг.4, шестой газовый трубопровод 24 соединен с отверстием 6а для прохода газа в первом адсорбере 6. Например, как показано на фиг.4, за счет подключения первого газового трубопровода 4 между автоматическим двухпозиционным клапаном V1 и отверстием 6а для прохода газа или дополнительного участка 14а третьего газового трубопровода 14 трубопровода между автоматическим двухпозиционным клапаном V4 и отверстием 6а для прохода газа, шестой газовый трубопровод 24 может быть соединен с отверстием 6а для прохода газа. Шестой газовый трубопровод 24 снабжен автоматическим двухпозиционным клапаном V7. Указанный автоматический двухпозиционный клапан V7 можно регулировать с помощью регулирующего устройства (не показано), которое регулирует автоматические двухпозиционные клапаны V1-V5 и тому подобные.

В воплощении, в котором установка 2А для разделения газов содержит шестой газовый трубопровод 24, способ разделения газов дополнительно включает процесс возвращения концентрированного газа в первый адсорбер 6.

Процесс возвращения может быть реализован сразу после осуществления в способе разделения газов процесса адсорбции, первого процесса десорбции и второго процесса десорбции. Например, если ряд процессов (процесс адсорбции, первый процесс десорбции, второй процесс десорбции и процесс повышения давления) в способе разделения газов осуществляются повторно как один базовый цикл с использованием установки 2А для разделения газов, нет необходимости, чтобы этот процесс осуществлялся в первом базовом цикле. Кроме того, во втором и последующих базовых циклах предпочтительно, чтобы этот процесс был проведен между процессом адсорбции и первым процессом десорбции.

В случае осуществления процесса возвращения (например, в случае, когда этот процесс возвращения осуществляется между процессом адсорбции и первым процессом десорбции) автоматические двухпозиционные клапаны V2, V3 и V7 открываются, а автоматические двухпозиционные клапаны V1, V4 и V5 закрываются. В результате концентрированный газ, находящийся в камере 20 для накопления газа, возвращается из камеры 20 для накопления газа в первый адсорбер 6 и второй адсорбер 10 через шестой газовый трубопровод 24. Таким образом, в соответствии с давлениями в первом адсорбере 6 и во втором адсорбере 10 первый газ, присутствующий в возвращенном концентрированном газе, повторно адсорбируется по меньшей мере одним из адсорбентов: адсорбентом gate-типа или адсорбентом ленгмюровского типа. Первый газ, повторно адсорбированный указанным образом, отводится из первого процесса десорбции и второго процесса десорбции. При проведении процессов иных, чем процесс возвращения, автоматический двухпозиционный клапан V7 может быть закрыт.

Положение автоматических двухпозиционных клапанов V1-V5 и автоматического двухпозиционного клапана V7 в процессе возвращения может быть таким, что концентрированный газ проходит в первый адсорбер 6 и во второй адсорбер 10, и первый газ может быть адсорбирован адсорбентом gate-типа и адсорбентом ленгмюровского типа. Следует отметить, что положения автоматических двухпозиционных клапанов V1-V5 и автоматического двухпозиционного клапана V7 в процессе возвращения не ограничиваются приведенными выше примерами. В случае осуществления процесса возвращения предпочтительно, чтобы автоматический двухпозиционный клапан V3 открывался для выпуска второго газа.

В установке 2А для разделения газов, как и в случае установки 2 для разделения газов, в процессе адсорбции при подаче смеси газов в первый адсорбер 6 смесь газов проходит первый адсорбер 6 и второй адсорбер 10 в указанном порядке. При этом, как и в первом воплощении, первый газ адсорбируется адсорбентом gate-типа в первом адсорбере 6. Первый газ, который не был адсорбирован адсорбентом gate-типа, адсорбируется адсорбентом ленгмюровского типа во втором адсорбере 10, размещенном ниже по потоку относительно первого адсорбера 6. Соответственно, в случае использования адсорбента gate-типа первый газ может быть более эффективно отделен от смеси газов. Первый газ может быть извлечен за счет десорбции первого газа из адсорбента gate-типа и адсорбента ленгмюровского типа в первом процессе десорбции и во втором процессе десорбции. Как отмечено выше, в случае использования адсорбента gate-типа эффективность извлечения первого газа из смеси газов может быть увеличена, т.к. первый газ может быть более эффективно отделен от смеси газа за счет комбинирования адсорбента gate-типа и адсорбента ленгмюровского типа,.

Установка 2А для разделения газов может также осуществлять первый процесс десорбции и второй процесс десорбции посредством надлежащего регулирования автоматических двухпозиционных клапанов V1-V5. При этом адсорбент gate-типа и адсорбент ленгмюровского типа могут быть регенерированы и использованы неоднократно.

Кроме того, в установке 2А для разделения газов и в способе разделения газов, использующем указанную установку, эксплуатационные затраты могут быть уменьшены по тем же причинам, что и в первом воплощении. В том случае, если способ разделения газов включает процесс повышения давления, описанный в первом воплощении, первый газ легко адсорбируется адсорбентом gate-типа и адсорбентом ленгмюровского типа в процессе адсорбции, осуществляемом после процесса повышения давления. В результате становится возможным повысить эффективность извлечения первого газа из смеси газов.

В воплощении, в котором способ разделения газов включает процесс возвращения, первый газ может быть дополнительно отделен от концентрированного газа. Кроме того, в процессе возвращения, в то время как первый газ, присутствующий в концентрированном газе, повторно адсорбируется адсорбентом gate-типа и адсорбентом ленгмюровского типа, примеси (например, второй газ) могут быть удалены в первом адсорбере 6 и во втором адсорбере 10. В результате чистота извлеченного первого газа может быть повышена. В частности, в том случае, когда вышеуказанный базовый цикл повторяется, концентрированный газ становится более концентрированным каждый раз с повторением базового цикла за счет включения процесса возвращения в базовый цикл во втором и последующих повторениях цикла. В результате, за счет повторного осуществления основного цикла из смеси может быть извлечен первый газ, имеющий большую чистоту.

Выше были рассмотрены различные воплощения и примеры настоящего изобретения. Однако настоящее изобретение не ограничивается различными воплощениями и примерами и может включать все модификации в пределах идей и объема, эквивалентного пунктам формулы, а также объема, определяемого пунктами формулы.

В первом воплощении газ (второй газ), собранный в камере 20 для накопления газа, используется, например, в первом процессе очистки, во втором процессе очистки и процессе повышения давления. Однако первый адсорбер 6 и второй адсорбер 10 могут содержать средство подачи не адсорбированного газа (например, источник подачи не адсорбированного газа) для подачи не адсорбированного газа, который по существу не адсорбирован адсорбентом gate-типа и адсорбентом ленгмюровского типа. Средство подачи не адсорбированного газа может независимо обеспечивать ввод не адсорбированного газа, например, в первый адсорбер 6 и во второй адсорбер 10. В том случае, если не адсорбированный газ вводится в первый адсорбер 6 и во второй адсорбер 10 независимо, в первый адсорбер и во второй адсорбер 10 может поступать различный не адсорбированный газ. Фраза «по существу не адсорбирован адсорбентом gate-типа и адсорбентом ленгмюровского типа» означает, что не адсорбированный газ может быть лишь в незначительной степени адсорбирован адсорбентом gate-типа и адсорбентом ленгмюровского типа.

Первое воплощение может не включать процесс очистки, второй процесс очистки и процесс повышения давления, а второе воплощение может не включать процесс повышения давления.

В случае, если давление для достаточно эффективной десорбции первого газа, адсорбированного адсорбентом gate-типа и адсорбентом ленгмюровского типа, равно или превышает атмосферное давление, вместо вакуумного насоса 22 в качестве средства регулирования давления может быть использован клапан регулирования давления, показанного на фиг.3 и фиг.4.

Взаимосвязь третьего газового трубопровода (второй отводящий трубопровод) 14 и четвертого газового трубопровода (третий отводящий трубопровод) 16 с первым адсорбером 6 и вторым адсорбером 10 не ограничивается иллюстрируемым примером. Клапаны V1 – V5 и другие клапаны не ограничиваются двухпозиционным клапаном, который регулируется с помощью регулирующего устройства или тому подобного, и автоматически открывается и закрывается.

Установка для разделения газов может содержать некоторое количество адсорбционных блоков, в которых первый адсорбер 6 и второй адсорбер 10 соединены последовательно. В этом случае некоторое количество адсорбционных блоков соединено параллельно. Каждый адсорбционных блок может осуществлять цикл, включающий ряд процессов, описанных в первом и втором воплощении. В способе разделения газов, использующем установку для разделения газов, содержащую некоторое количество адсорбционных блоков, предпочтительно смещение времени осуществления цикла, включающего ряд процессов, описанных в первом и втором воплощениях, между некоторым количеством адсорбционных блоков. Например, в то время как один адсорбционный блок осуществляет процесс адсорбции, другой адсорбционный блок может осуществлять первый процесс десорбции. В результате из смеси газов может непрерывно извлекаться целевой газ. В качестве альтернативы, в случае, в котором целевой газ периодически отбирается из смеси газов, интервал между предшествующим отводом целевого газа и последующим отводом целевого газа может быть сокращен. В результате целевой газ может быть отведен эффективно.

В том случае, если отделение газа осуществляется с использованием установки для разделения газов, содержащей некоторое количество адсорбционных блоков, при завершении процесса адсорбции в одном адсорбционном блоке, газ по меньшей мере в одном из первого адсорбера 6 и второго адсорбера 10 одного адсорбционного блока может быть использован в качестве не адсорбированного газа в первом процессе очистки и во втором процессе очистки в другом адсорбционном блоке.

Другой пример способа в соответствии с настоящим изобретением может включать процесс адсорбции, в котором смесь газов, содержащая первый газ и второй газ, побуждается к прохождению через первый участок адсорбции, который содержит адсорбент gate-типа для адсорбции первого газа, и второй участок адсорбции, который расположен последовательно с первым участком адсорбции и содержит адсорбент ленгмюровского типа для адсорбции первого газа, в указанном порядке, с повышением давления в первом участке адсорбции и во втором участке адсорбции, при этом первый газ адсорбируется адсорбентом gate-типа и адсорбентом ленгмюровского типа, а процесс десорбции осуществляется при снижении давления на первом участке адсорбции и на втором участке адсорбции, при этом осуществляется десорбция первого газа из адсорбента gate-типа и адсорбента ленгмюровского типа. В этом случае второй газ может быть отведен через второй газовый трубопровод, соединенный со вторым участком адсорбции за счет процесса адсорбции. Кроме того, с помощью процесса десорбции, например, первый газ может быть отведен из первого газового трубопровода. В этом случае, за счет использования адсорбента gate-типа, также становится возможным уменьшить эксплуатационные затраты.

Другой пример способа разделения газов может быть надлежащим образом реализован в установке для разделения газов, в состав которой входят, например, адсорбер, содержащий первый участок адсорбции и второй участок адсорбции, расположенный последовательно за первым участком адсорбции, первый газовый трубопровод, соединенный с адсорбером со стороны первого участка адсорбции, транспортирующий смесь газов, содержащую первый газ и второй газ, отличающийся от первого газа, и второй газовый трубопровод, соединенный с адсорбером со стороны второго участка адсорбции и отводящий выпускаемый газ, полученный при прохождении смеси газов через первый участок адсорбции и второй участок адсорбции в указанном порядке.

В изложенном выше описании был рассмотрен случай, в котором один из первого газа и второго газа, присутствующих в смеси газов, выбран и используется в качестве целевого газа, и этот целевой газ отделяется от смеси газов. Однако установка для разделения газов и способ разделения газов в соответствии с настоящим изобретением применимы в случае отделения и первого газа и второго газа, присутствующих в смеси газов. Соответственно, первый газ и второй газ также можно использовать в качестве газообразных продуктов.

Различные подходящие воплощения и модификации могут быть скомбинированы без выхода за пределы сущности настоящего изобретения.

Перечень ссылочных позиций

2, 2А – установка для разделения газов

4 – первый газовый трубопровод

6 – первый адсорбер

10 – второй адсорбер

12 – второй газовый трубопровод (первый отводящий трубопровод)

14 – третий газовый трубопровод (второй отводящий трубопровод)

16 – четвертый газовый трубопровод (третий отводящий трубопровод)

V1 – автоматический двухпозиционный клапан (второй двухпозиционный клапан)

V2 – автоматический двухпозиционный клапан (первый двухпозиционный клапан)

V3 – автоматический двухпозиционный клапан (третий двухпозиционный клапан)

V4 – автоматический двухпозиционный клапан (четвертый двухпозиционный клапан)

V5 – автоматический двухпозиционный клапан (пятый двухпозиционный клапан).

Группа изобретений относится к установке для разделения газов и способу разделения газов. Установка 2 для разделения газов в соответствии с одним воплощением содержит первый адсорбер 6, содержащий адсорбент gate-типа для адсорбции первого газа; второй адсорбер 10, соединенный с первым адсорбером посредством второго двухпозиционного клапана V1 и содержащий адсорбент ленгмюровского типа для адсорбции первого газа. Первый газовый трубопровод соединен с первым адсорбером. Первый газовый трубопровод снабжен первым двухпозиционным клапаном V2, через который смесь газов, содержащая первый газ и второй газ, проходит в первый адсорбер. Второй газовый трубопровод соединен со вторым адсорбером. Второй газовый трубопровод снабжен третьим двухпозиционным клапаном V3 и отводит выходящий газ, полученный в результате прохождения смеси газов через первый адсорбер и второй адсорбер в указанном порядке. Третий газовый трубопровод соединен с первым адсорбером. При этом третий газовый трубопровод снабжен четвертым двухпозиционным клапаном V4 и отводит первый газ, десорбированный из адсорбента gate-типа. Четвертый газовый трубопровод соединен со вторым адсорбером. Четвертый газовый трубопровод снабжен пятым двухпозиционным клапаном V5 и отводит первый газ, десорбированный из адсорбента ленгмюровского типа. Также заявлены способы разделения газов, включающие процесс адсорбции через первый адсорбер, который содержит адсорбент gate-типа для адсорбции первого газа, и через второй адсорбер, соединенный с первым адсорбером посредством двухпозиционного клапана и содержащий адсорбент ленгмюровского типа для адсорбции первого газа, в указанном порядке; и процесс десорбции. Причем повышение давления осуществляют на первом участке адсорбции и втором участке адсорбции первого газа адсорбентом gate-типа и адсорбентом ленгмюровского типа, и снижение давления в процессе десорбции осуществляют на первом участке адсорбции и втором участке адсорбции и десорбцию первого газа из адсорбента gate-типа и адсорбента ленгмюровского типа. Группа изобретений обеспечивает уменьшение эксплуатационных расходов, связанных с расширением диапазона давлений адсорбции и десорбции и соответствующим увеличением затрат на регулирование давления. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Установка для разделения газов, содержащая

первый адсорбер, содержащий адсорбент gate-типа для адсорбции первого газа;

второй адсорбер, соединенный с первым адсорбером посредством первого двухпозиционного клапана, содержащий адсорбент ленгмюровского типа для адсорбции первого газа;

первый газовый трубопровод, который соединен с первым адсорбером, при этом первый газовый трубопровод снабжен вторым двухпозиционным клапаном, через который проходит смесь газов, содержащая первый газ и второй газ, отличающийся от первого газа;

второй газовый трубопровод, который соединен со вторым адсорбером, при этом второй газовый трубопровод снабжен третьим двухпозиционным клапаном и отводит выходящий газ, полученный в результате прохождения смеси газов через первый адсорбер и второй адсорбер в указанном порядке;

третий газовый трубопровод, соединенный с первым адсорбером, при этом третий газовый трубопровод снабжен четвертым двухпозиционным клапаном и отводит первый газ, десорбированный из адсорбента gate-типа; и

четвертый газовый трубопровод, соединенный со вторым адсорбером, при этом четвертый газовый трубопровод снабжен пятым двухпозиционным клапаном и отводит первый газ, десорбированный из адсорбента ленгмюровского типа.

2. Установка для разделения газов по п.1, в которой третий газовый трубопровод и четвертый газовый трубопровод соединены с регулятором давления.

3. Способ разделения газов, включающий:

процесс адсорбции, включающий побуждение смеси газов, содержащей первый газ и второй газ, отличающийся от первого газа, к прохождению через первый адсорбер, который содержит адсорбент gate-типа для адсорбции первого газа, и через второй адсорбер, соединенный с первым адсорбером посредством двухпозиционного клапана и содержащий адсорбент ленгмюровского типа для адсорбции первого газа, в указанном порядке, путем открытия двухпозиционного клапана для повышения давления в первом адсорбере и втором адсорбере, благодаря чему осуществляют адсорбцию первого газа, присутствующего в смеси газов, адсорбентом gate-типа и адсорбентом ленгмюровского типа; и отвод второго газа из первого отводящего трубопровода, соединенного со вторым адсорбером;

первый процесс десорбции, включающий десорбцию первого газа из адсорбента gate-типа и адсорбента ленгмюровского типа и отвод первого газа из второго отводящего трубопровода, соединенного с первым адсорбером, путем открытия двухпозиционного клапана для снижения давления в первом адсорбере до давления, при котором происходит десорбция первого газа из адсорбента gate-типа; и

второй процесс десорбции, включающий десорбцию первого газа из адсорбента ленгмюровского типа и отвод десорбированного первого газа из третьего отводящего трубопровода, соединенного с вторым адсорбером, посредством закрытия двухпозиционного клапана для снижения давления во втором адсорбере после завершения первого процесса десорбции.

4. Способ разделения газов по п.3, дополнительно включающий

первый процесс очистки, включающий отвод первого газа, десорбированного из адсорбента ленгмюровского типа, через второй отводящий трубопровод, при этом не адсорбированный, по существу не адсорбированный адсорбентом ленгмюровского типа газ побуждают к прохождению через второй адсорбер за счет закрытия двухпозиционного клапана после осуществления второго процесса десорбции; и

второй процесс очистки, включающий отвод первого газа, десорбированного из адсорбента ленгмюровского типа и адсорбента gate-типа, через третий отводящий трубопровод, при этом не адсорбированный, по существу не адсорбированный адсорбентом gate-типа газ побуждают к прохождению из второго адсорбера в первый адсорбер за счет открытия двухпозиционного клапана после осуществления первого процесса очистки.

5. Способ разделения газов по п.3, дополнительно включающий

процесс возвращения части газа, отведенного в первом процессе десорбции и во втором процессе десорбции по меньшей мере в один из первого адсорбера и второго адсорбера.

6. Способ разделения газов по любому из пп.3-5, дополнительно включающий процесс повышения давления в первом адсорбере и во втором адсорбере перед проведением процесса адсорбции.

7. Способ разделения газов, включающий:

процесс адсорбции, включающий побуждение смеси газов, содержащей первый газ и второй газ, отличающийся от первого газа, к прохождению через первый участок адсорбции, который заполнен адсорбентом gate-типа для адсорбции первого газа, и второй участок адсорбции, расположенный последовательно с первым участком адсорбции и заполненный адсорбентом ленгмюровского типа для адсорбции первого газа, в указанном порядке; и повышение давления на первом участке адсорбции и втором участке адсорбции, благодаря чему осуществляют процесс адсорбции первого газа адсорбентом gate-типа и адсорбентом ленгмюровского типа; и

процесс десорбции, включающий снижение давления на первом участке адсорбции и втором участке адсорбции и десорбцию первого газа из адсорбента gate-типа и адсорбента ленгмюровского типа.